تشخيص أعطال نظام التحكم في النسبة: أكسدة السائل الأسود باستخدام ABB AC500 و Yokogawa CENTUM VP

ABB AC500, Black Liquor Oxidation, Flow Transmitter, Industrial Automation, PID Tuning, Pulp and Paper Automation, Ratio Control, Square Root Extraction, Yokogawa CENTUM VP
%ب %د، 2026

Ratio Control System Fault Diagnosis: Black Liquor Oxidation with ABB AC500 and Yokogawa CENTUM VP

مشكلة التدفق المتغير في مصانع لب الكرافت

تنتج مصانع لب الكرافت سائلًا أسود كمنتج ثانوي. يحتوي هذا السائل على مركبات كبريتية متطايرة مثل كبريتيد الهيدروجين والمرقبتانات. يجب على المصانع أكسدة هذا السائل الأسود باستخدام الأكسجين النقي لتثبيت الكبريت وتقليل الانبعاثات. تكمن تحديات التحكم في الحفاظ على نسبة دقيقة بين الأكسجين والسائل الأسود في جميع الأوقات.

في هيكلية التحكم في النسبة هذه، يعمل تدفق السائل الأسود كمتغير متغير (wild variable). بينما يعمل تدفق الأكسجين كمتغير خاضع للتحكم. يتولى ABB AC500 التحكم الثانوي. وتدير محطة المشغل Yokogawa CENTUM VP حساب النسبة وعرضها.

أولاً، حدد جهاز إرسال التدفق المتغير. في مصنع لب الكرافت، يعمل جهاز إرسال تدفق السائل الأسود على قياس الضغط التفاضلي. يرسل جهاز الإرسال إشارة 4-20mA تتناسب مع الجذر التربيعي للضغط التفاضلي. تستقبل بطاقة الإدخال التناظرية Yokogawa CENTUM VP AAI141-S40 هذه الإشارة.

ثانيًا، تحقق من إعداد استخراج الجذر التربيعي. يتضمن نظام Yokogawa CENTUM VP كتلة دالة الجذر التربيعي (ARITH-S) لتخطيطيّة إشارة التدفق. افتح خصائص كتلة الدالة في CENTUM VP. تحقق من أن معلمة SQRT ENABLE مضبوطة على ON. عدم تفعيل استخراج الجذر التربيعي يؤدي إلى إشارة تدفق غير خطية. وبالتالي يستجيب المتحكم بشكل غير صحيح لتغيرات التدفق.

إجراء عزل الأعطال خطوة بخطوة

اتبع هذا الإجراء المكون من 6 خطوات لعزل أعطال التحكم في النسبة:

الخطوة 1: سجل قراءة جهاز إرسال التدفق المتغير على لوحة تشغيل Yokogawa CENTUM VP FACEPLATE. لاحظ قيمة PV بالملي أمبير والقيمة المحولة للتدفق بالجالون في الدقيقة (GPM).
الخطوة 2: قم بفحص معايرة الحلقة. وصل جهاز معايرة العمليات Fluke 754 بدائرة 4-20mA عند طرف جهاز الإرسال. حقن إشارة 4mA. تحقق من أن Yokogawa يعرض 0% تدفق. حقن 20mA. تحقق من أن Yokogawa يعرض 100% من النطاق.
الخطوة 3: تحقق من تكوين كتلة المضاعف. في دالة BCDL في Yokogawa CENTUM VP، حدد كتلة المضاعف (ARITH-M). تحقق من المدخلات: يدخل PV التدفق المتغير إلى IN1. يدخل خرج المتحكم اليدوي إلى IN2. يوفر خرج المضاعف نقطة الضبط إلى ABB AC500 عبر Modbus TCP.
الخطوة 4: تحقق من اتصال Modbus TCP. استخدم وحدة Ethernet CM577-EP الخاصة بـ ABB AC500 لفحص سجل Modbus رقم 40001. يحتوي هذا السجل على نقطة ضبط النسبة من Yokogawa. أكد أن استعلام Modbus يعيد بيانات صحيحة خلال 100 مللي ثانية.
الخطوة 5: تحقق من تكوين ABB AC500. افتح برنامج Automation Builder. انتقل إلى تكوين حلقة PID لصمام التحكم بالأكسجين. تحقق من أن مصدر PV مضبوط على Modbus TCP. اضبط وضع PID على AUTO بعد التحقق من سلامة بيانات Modbus.
الخطوة 6: قم بإجراء اختبار خطوة على صمام الأكسجين. نفذ تغيير خطوة بنسبة 10% في نقطة الضبط عبر Yokogawa CENTUM VP. راقب استجابة خرج PID في ABB AC500. يجب أن يصل صمام الأكسجين إلى الموضع الجديد خلال 15 ثانية لصمام تحكم مميز بوقت حركة 5 ثوانٍ.

أنماط فشل جهاز الإرسال وعواقب السلامة

تفصل هذه الفقرة أربعة أنماط فشل حرجة في نظام التحكم في نسبة أكسدة السائل الأسود.

جهاز إرسال التدفق المتغير يقرأ منخفضًا: إذا انخفضت إشارة جهاز إرسال تدفق السائل الأسود إلى 8mA (50% من المدى) بسبب انسداد خطوط النبض، يفسر نظام التحكم في النسبة هذا على أنه تدفق منخفض للسائل الأسود. تقلل كتلة المضاعف نقطة ضبط الأكسجين وفقًا لذلك. تغلق حلقة PID في ABB AC500 صمام الأكسجين. تنخفض كفاءة الأكسدة إلى أقل من 85%. تبقى مركبات الكبريت غير مستقرة في تيار المخرج.
جهاز إرسال التدفق المتغير يقرأ مرتفعًا: إذا فشل غشاء جهاز قياس الضغط التفاضلي في الفتح، تتجاوز الإشارة 20mA. يفتح نظام التحكم في النسبة صمام الأكسجين أكثر. ترتفع تركيزات الأكسجين في وعاء التفاعل فوق 25%. هذا يخلق خطر حريق وانفجار في بيئة غنية بالأكسجين.
جهاز إرسال تدفق الأكسجين يفشل منخفضًا: إذا أظهر جهاز إرسال الأكسجين 4mA (تدفق صفر) بسبب فشل الملف، تدفع حلقة PID في ABB AC500 صمام الأكسجين إلى الفتح الكامل. لا يمكن لكتلة المضاعف تصحيح هذا لأن إشارة السائل الأسود صحيحة. يجب على المشغل التدخل فورًا.
صمام التحكم بالأكسجين يفشل في الإغلاق الكامل: إذا فقد مشغل الصمام إمداد الهواء، يشبع خرج PID في ABB AC500 عند 0%. لا يدخل الأكسجين إلى وعاء التفاعل. يتوقف تفاعل الأكسدة تمامًا. يجب على نظام HIMA HIMatrix F-GAS تنفيذ إيقاف طارئ خلال 30 ثانية.

ضبط PID لحلقة الأكسجين المحتجزة

يتطلب متحكم PID ABB AC500 ضبطًا بعد أي تغيير في التكوين. اتبع تسلسل الضبط هذا لحلقة التحكم بالأكسجين.

الخطوة 1: اضبط PID على الوضع اليدوي. اضبط الخرج على 50%.
الخطوة 2: قم باختبار استجابة الخطوة. غيّر الخرج من 50% إلى 60%. سجل الوقت حتى يصل PV إلى 63.2% من القيمة النهائية. هذا هو ثابت الزمن للحلقة المفتوحة (تاو). لصمام التحكم بالأكسجين النموذجي، يتراوح تاو بين 8 و12 ثانية.
الخطوة 3: احسب معلمات الضبط الأولية باستخدام طريقة زيجلر-نيكولز. اضبط عرض النسبة (PB) إلى 3 أضعاف تاو مقسومًا على زمن التأخير. اضبط زمن التكامل (Ti) إلى 2.67 أضعاف زمن التأخير. اضبط زمن التفاضل (Td) إلى 0.
الخطوة 4: أدخل القيم المحسوبة في كتلة دالة PID في ABB AC500. فعّل مصطلح التكامل أخيرًا. راقب الحلقة لرصد التذبذبات. إذا تجاوزت التذبذبات 3 دورات، زد PB بنسبة 20%.
الخطوة 5: تحقق من الأداء تحت الحمل. غيّر تدفق السائل الأسود بنسبة 25%. راقب زمن استجابة تدفق الأكسجين. الهدف هو زمن استقرار 45 ثانية أو أقل. تحقق من بقاء النسبة ضمن +/- 3% من نقطة الضبط أثناء التغيرات.

الخلاصة ونصائح العمل

تتطلب أنظمة التحكم في النسبة في مصانع لب الكرافت تشخيصًا دقيقًا للأعطال وصيانة وقائية صارمة. يوفر الجمع بين ABB AC500 وYokogawa CENTUM VP تحكمًا ثانويًا وأوليًا قويًا على التوالي. ومع ذلك، يجب على المهندسين فهم تكوين كتلة المضاعف، اتصال Modbus TCP، وإجراءات ضبط PID.

أولاً، تحقق من استخراج الجذر التربيعي على إشارة جهاز إرسال التدفق المتغير مرة واحدة على الأقل في كل دورة توقف. ثانيًا، افحص خطوط النبض للانسداد كل 6 أشهر باستخدام مقارنة الضغط التفاضلي. ثالثًا، معايرة موضع صمام التحكم بالأكسجين ربع سنويًا لضمان دقة التمركز.

أخيرًا، وثّق جميع تغييرات نقاط ضبط النسبة في سجل الإنذارات في Yokogawa CENTUM VP. تدعم هذه الوثائق الامتثال لمعيار IEC 61511 لتكامل نظام السلامة SIS مع HIMA HIMatrix. سيحافظ المهندسون الذين يتبعون هذا النهج المنظم على كفاءة الأكسدة فوق 95% ويمنعون ظروف خطرة غنية بالأكسجين في مصنع اللب.