Análisis de casos de fallo en sistemas de control de retroalimentación de circuito simple

Thread Content

En el artículo “Pasos y métodos para la detección y solución de fallos en sistemas de control con retroalimentación de circuito simple”, se describen los pasos y métodos para resolver dichos fallos. En este texto, Changhui Instruments presenta 16 ejemplos de fallos que ocurren en las instalaciones reales; al analizar estos ejemplos, se puede mejorar las habilidades prácticas de los técnicos especializados en instrumentación. Changhui Instruments: http://www.yunrunecom.cn. 1. Sistema de control automático del nivel de líquido en las unidades de separación por frío. Para la medición del nivel se utilizan transmisores de diferencia de presión, DCS y válvulas de regulación neumáticas. Al inicio del funcionamiento del sistema, las fluctuaciones en el nivel eran muy grandes, lo que impedía satisfacer los requisitos de producción. Análisis de las causas del problema: al principio, como el sistema aún no había alcanzado un equilibrio térmico, además de que había una distribución desigual de la temperatura dentro de los tubos de medición del nivel, esto causaba una mezcla de gas y líquido en dichos tubos. Además, los valores de medición eran muy inestables. La implementación del sistema de regulación automática empeoró aún más estas fluctuaciones. Manejo de fallos: Primero, se pone en modo manual para controlarlo de forma manual. Se procede a gestionar las diferencias de nivel del líquido. Luego, se conectan los tubos de presión positivos y negativos desde la pared de la torre hasta el lugar donde se forma escarcha, y finalmente se activa el medidor. Después de estabilizarse manualmente durante un tiempo, páselo a modo automático. Después de estos tratamientos, se pueden satisfacer básicamente los requisitos del proceso, logrando así fluctuaciones menores. 2. Existe un sistema de control simple; tanto el desviación del controlador como su salida son normales. Sin embargo, cuando hay una desviación, el regulador PID sigue funcionando según las reglas de control habituales. El parámetro a regular no vuelve al valor establecido, y a veces actúa en la dirección opuesta. Diagnóstico y análisis del fallo: Según los síntomas del fallo, no hay problemas en la parte de medición, en la parte de control ni en la transmisión de señales del sistema. El fallo podría estar en la parte del válvula de regulación (desplazamiento del vástago de la válvula, obstrucción en la cabeza de la membrana, fallos en el posicionador de la válvula) o en las líneas de transmisión de señales desde el regulador PID hasta el posicionador de la válvula. Se verificó que la línea que conecta la señal de salida del regulador PID con la válvula de control estaba en buen estado. Al inspeccionar la cabeza de la válvula de control, se descubrió que las conexiones relacionadas con el flujo de aire estaban obstruidas por granos de arena, lo que impidió que el controlador funcionara correctamente. Solución de problemas: Después de desobstruirlo, el sistema vuelve a la normalidad. 3. Existe un sistema de control simple, en el cual la presión del vapor a media presión se regula mediante la descarga a través de PV108. Un día, el operador detectó que la presión disminuía. La posición de la válvula controlada por el regulador PID era correcta, pero no se lograba eliminar la desviación. Análisis del problema: Según los síntomas del fallo, no hay problemas en la señal que el regulador PID envía al dispositivo de seguridad. Es posible que el problema esté en la señal que ese dispositivo envía al posicionador de la válvula o en la propia válvula de control. Primero se revisaron el localizador de válvulas y la válvula de regulación; no había ningún problema. Luego, se utilizó un multímetro para medir la señal de salida del dispositivo de seguridad, pero no se detectó ninguna señal. Solución de problemas: Al reemplazar el protector de salida, el sistema vuelve a la normalidad. 4. Un dispositivo cuenta con un circuito de control simple (sistema de control DCS, controlador PID). Una vez que se activa el modo automático, el controlador no funciona. Para diagnosticar y analizar el problema, las posibles causas podrían ser: problemas en la configuración del sistema DCS o parámetros incorrectos en el controlador. Se verificó que la configuración del DCS era correcta en su totalidad, pero al revisar los parámetros P, I y D del controlador, se encontraron errores. Solución de problemas: Una vez que los parámetros PID se configuran correctamente, el sistema funciona normalmente. http://www.yunrun.com.cn/News/UploadFiles_5183/201511/2015111714330696.jpg Serie de reguladores de inteligencia artificial YR-GAD: 5. Sistema DCS de Yokogawa, circuito simple; se genera una alarma de fallo OOP. Análisis del fallo: OOP significa circuito abierto en la entrada; esto puede deberse a que el cable del transmisor está roto, o bien a que la señal de entrada del transmisor es inferior a 4 mA o superior a 20 mA. 6. Análisis de fallos OOP en un solo circuito del sistema DCS de Yokogawa ； OOP significa circuito abierto de salida, lo que puede deberse a conexiones sueltas. 7. Existe un sistema de control de circuito simple; cuando se activa el modo automático, no es posible lograr una operación estable, incluso después de un largo tiempo de ajuste. Al añadir perturbaciones a los valores establecidos, se observa una tendencia a la recuperación, y tanto el período de ajuste como su amplitud son normales. Sin embargo, aún así no se logra la estabilidad. Análisis del fallo: Según los síntomas del fallo, los parámetros de ajuste del sistema son adecuados; por lo tanto, la razón por la cual no se logra la estabilidad no radica en los parámetros mismos. Manejo de fallos: Reanalizar el circuito para configurar correctamente la acción directa e indirecta del regulador PID, de modo que el sistema opere con retroalimentación negativa y funcione normalmente una vez activado. 8. Existe un circuito de control que ha estado en funcionamiento normal durante muchos años; las condiciones de operación no han cambiado, pero el rendimiento del control va empeorando gradualmente. Análisis de la falla: El hecho de que pudiera funcionar normalmente al principio indica que los parámetros estaban correctos. El empeoramiento progresivo del rendimiento sugiere que existen condiciones que afectan negativamente el control. Al inspeccionar la válvula de regulación, se descubrió que su elemento de control estaba gravemente erosionado. Manejo de fallos: La válvula funcionó normalmente tras su reparación. 9. En el sistema DCS, existe un circuito de control que funcionaba normalmente hasta que, debido a una avería en el canal de transmisión de datos, se reemplazó ese canal por otro. Después de ese cambio, ya no fue posible controlar la apertura de las válvulas en el sitio. Análisis de la falla: Dado que la falla se produjo debido al cambio del canal, se comenzó a analizar el problema partiendo de ese punto de cambio. Debido a que el canal de la tarjeta AO fue cambiado y reinstalado, el punto de control no puede encontrar el canal original, por lo que no es posible controlarlo. Solución de problemas: Al volver a instalar el punto de control correspondiente, se puede controlar normalmente. 10. El sistema de control del nivel de líquido en el tanque de vapor de una caldera funcionaba normalmente, pero de repente aparecieron grandes fluctuaciones en dicho nivel. Se pasó al modo de control manual. Para diagnosticar y analizar el problema, se observó que las condiciones de operación habían cambiado con respecto a las condiciones originales; por lo tanto, fue necesario ajustar nuevamente los parámetros. Manejo de fallos: Tras aumentar la intensidad de control, se superaron las fluctuaciones causadas por interferencias y todo volvió a la normalidad. 11. El control del nivel de líquido en una torre determinada se realiza mediante un sistema de control de circuito simple. Durante el proceso de ajuste de la carga, se observó que el nivel del líquido era inestable y presentaba grandes fluctuaciones. Inspección y análisis de la falla: Se comprobó que la apertura de la válvula de regulación de nivel LV0405 era solo del 7%; además, la posición de la válvula cambiaba constantemente. La válvula de regulación tiende a sufrir fenómenos de estruendo cuando está en una apertura reducida, y la salida del posicionador también es inestable. Por lo tanto, la válvula de regulación no funciona de manera estable. Manejo de fallos: Al abrir la válvula de regulación al 15%, esta vuelve a funcionar normalmente. Sin embargo, si el valor es demasiado alto, no se puede mantener un nivel de líquido estable. Para lograr un control adecuado, es necesario utilizar las válvulas manuales para limitar el flujo de líquido. 12. En un sistema de control de nivel de un complejo petroquímico, debido a una disminución en la carga, la apertura de la válvula LV402 fue solo del 5%. Esto causó vibraciones y una inestabilidad en el nivel del líquido. Análisis del problema: Las válvulas de regulación son muy propensas a vibrar cuando están abiertas en un pequeño ángulo. Estas vibraciones afectan al posicionador de la válvula, lo que provoca una salida inestable; por lo tanto, el sistema de control no funciona correctamente. Manejo de fallos: Se debe reducir ligeramente la apertura de las válvulas de cierre delanteras o traseras, para limitar el caudal de flujo. Cuando la apertura de las válvulas llega al 15%, las vibraciones desaparecen y el posicionador de las válvulas también se estabiliza; así, el funcionamiento en modo automático se realiza sin problemas. 13. Un sistema de control de nivel simple (controlador PID del sistema DCS, con válvulas de regulación de tipo abierto por aire) no puede operar en modo automático. Diagnóstico y análisis de las causas del problema: Las principales causas que impiden el funcionamiento automático son: parámetros inadecuados del controlador, problemas con el objeto a controlar o defectos en las válvulas de regulación. Al examinar estos puntos problemáticos, se descubrió que la válvula de regulación presentaba una gran fuga de fluido; incluso con una apertura mínima de la válvula, había un caudal muy alto. Solución de problemas: Después de tratar los componentes internos de la válvula de regulación, el problema desapareció. 14. Un ejemplo de fallo en el sistema de control de la presión del vapor: a) Los valores de presión en las tuberías de vapor registrados por el registrador sin papel disminuyeron repentinamente a cero, y la válvula de seguridad se activó; esto se debió a un problema con los instrumentos de medición. Cuando se produce una falla entre la tubería de medición de presión y los instrumentos de registro, la apertura de la válvula de regulación cambia bruscamente, lo que provoca un aumento repentino en la presión del vapor. Sin embargo, el registrador sin papel no reacciona. En ese caso, se puede pasar primero a la modalidad manual para controlar la válvula de regulación, y luego solucionar la falla. b. Si los valores de presión en las tuberías de vapor registrados por el registrador sin papel no superan el valor establecido, la válvula de seguridad se activa. El personal encargado de los instrumentos puede verificar si las temperaturas en los diferentes puntos son normales; si así es, significa que la válvula de seguridad no está ajustada correctamente ； Si los valores de temperatura en los diferentes puntos aumentan, entonces los valores registrados de presión son inferiores a la presión real. c. Aunque las fluctuaciones de presión son grandes, ocurren de forma lenta; por lo general, se debe buscar la causa desde el punto de vista del proceso. d. Si las fluctuaciones de presión se producen en forma de vibraciones rápidas, es necesario buscar las causas en el ajuste de los parámetros y en el propio instrumento. e. Cambios en la carga, el reflujo de alimentación, la temperatura, entre otros, así como una operación inadecuada, pueden causar cambios en la presión interna del equipo. Es necesario buscar las causas en los procedimientos de operación. f. Se debe tener claro el comportamiento de las fluctuaciones de presión en cada instrumento, para determinar si se trata de una situación anormal o normal; además, se pueden utilizar otros parámetros del proceso como referencia para tomar una decisión. 15. Un ejemplo de fallo en el sistema de control del nivel de líquido: a) En el regulador de columna de luz, el valor del nivel de líquido muestra valores extremos, ya sea máximo o mínimo. Se puede consultar primero la tabla de referencia. Si el medidor primario funciona correctamente, entonces se trata de un fallo en el medidor secundario. Si los indicadores uno y dos coinciden, se debe verificar con la válvula de control manual si hay algún cambio en el nivel del líquido. Si hay cambios, generalmente se debe a razones relacionadas con el proceso; si no hay cambios, suele ser un problema con los instrumentos de medición. b. Cuando el valor indicado por el instrumento con desplazamiento negativo aumenta al máximo, se debe sospechar una fuga en el lado de presión negativa. En los instrumentos cuya presión en fase gaseosa se dirige directamente al lado de presión negativa, los valores indicados tienden a ser mínimos; esto sugiere que el nivel del líquido en el tanque de recolección del lado de presión negativa está demasiado alto. c. La alta frecuencia de fluctuación en los valores indicados puede deberse, por lo general, a una configuración inadecuada de los parámetros o a oscilaciones en el instrumento de medición. Si las fluctuaciones son lentas, generalmente se debe a las condiciones de operación. d. Si se sospecha que el instrumento indica un nivel de líquido falso, generalmente se puede pasar el sistema a modo manual; así, los técnicos de proceso e instrumentación pueden utilizar manómetros calibrados para medir la presión en la fase gaseosa y realizar un análisis. 16. Un ejemplo de fallo en el sistema de temperatura. Se trata de un sistema de control de temperatura para fuel oil. El fuel oil pasa por un intercambiador de calor, donde se calienta con vapor. Al cambiar la apertura de la válvula de regulación del vapor, la temperatura del fuel oil varía de manera lenta. Sin embargo, cuando se activa el control automático, la temperatura experimenta fluctuaciones significativas. Análisis de la falla: al cambiar el caudal de vapor, la temperatura del fuel oil no cambia de manera notable, lo que indica que existe un retraso en el sistema de detección. Se revisó el sistema de medición con termopares y no se encontraron problemas; por lo tanto, es posible que haya algún problema en el sistema de transferencia de calor. Para aprovechar al máximo el calor latente del vapor, el vapor a presión media debe condensarse en agua y luego ser eliminado periódicamente a través de un deshidratador. El vapor y el fuel oil transfieren calor a través de un intercambiador de calor; este proceso de intercambio térmico requiere cierto tiempo. La temperatura del vapor a presión media es de 280 °C; después del calentamiento, la temperatura del fuel oil es de 150 °C. Cuando la temperatura del vapor de calentamiento disminuye gradualmente hasta acercarse a los 150 °C, que es la temperatura del fuel oil tras el intercambio térmico, se alcanza un equilibrio relativo en el intercambio de calor (debido a la resistencia térmica, existe una pequeña diferencia de temperatura). En este momento, el vapor de calentamiento aún no se ha condensado completamente en líquido; sigue ocupando espacio en el intercambiador de calor. Incluso si se abre más la válvula de control, no entra suficiente vapor nuevo; de entrar, sería en cantidades mínimas. Esto hace que la temperatura del vapor utilizado para el intercambio de calor no alcance el valor diseñado de 280 °C (aunque la temperatura del vapor entrante es de 280 °C), sino que varía entre 280 °C y la temperatura a la cual el vapor se condensa en agua. Dado que la temperatura del vapor utilizado en el intercambio de calor es inferior al valor diseñado, el tiempo de intercambio de calor aumenta, lo que provoca un retraso en la medición de la temperatura. Un gran retraso en la medición genera inestabilidad en el sistema. Manejo de fallos: Para este sistema, se ajustaron los parámetros PID del controlador de temperatura inteligente: se aumentó el efecto diferencial, se añadió una cantidad adecuada de efecto integral y se incrementó el efecto proporcional. Los valores resultantes fueron P=50%, Ti=5 min y Td≈1.5 min; los resultados fueron bastante satisfactorios.