Диагностика на неизправности в системата за контрол на съотношението: Окисляване на черна луга с ABB AC500 и 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
април 14, 2026

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

Проблемът с променливия поток в целулозните заводи за крафт пяна

Целулозните заводи за крафт пяна произвеждат черна луга като страничен продукт. Тази течност съдържа летливи съединения на сярата, като сероводород и меркаптани. Заводите трябва да окисляват тази черна луга с чист кислород, за да стабилизират сярата и да намалят емисиите. Предизвикателството при управлението е да се поддържа прецизно съотношение кислород към черна луга по всяко време.

В тази архитектура за контрол на съотношението, потокът на черната луга действа като променлива с непредвидено изменение (wild variable). Потокът на кислорода служи като контролирана променлива. ABB AC500 управлява вторичната контролна верига. Операторската станция Yokogawa CENTUM VP управлява изчисляването и показването на съотношението.

Първо, идентифицирайте предавателя на променливия поток. В целулозен завод за крафт пяна, предавателят на потока на черната луга работи чрез измерване на диференциално налягане. Предавателят изпраща сигнал 4-20mA, пропорционален на квадратния корен от диференциалното налягане. Аналоговата входна карта Yokogawa CENTUM VP AAI141-S40 приема този сигнал.

Второ, проверете настройката за извличане на квадратен корен. Yokogawa CENTUM VP включва блок функция за квадратен корен (ARITH-S) за линеаризиране на сигнала за поток. Отворете свойствата на блок функцията в CENTUM VP. Проверете дали параметърът SQRT ENABLE е зададен на ON. Ако квадратният корен не е активиран, сигналът за поток ще бъде нелинеен. Контролерът ще реагира неправилно на промени в потока.

Стъпка по стъпка процедура за изолиране на неизправности

Следвайте тази 6-стъпкова процедура за изолиране на неизправности в контрола на съотношението:

Стъпка 1: Запишете показанията на предавателя на променливия поток на Yokogawa CENTUM VP FACEPLATE. Обърнете внимание на стойността PV в mA и конвертираната стойност на потока в GPM.
Стъпка 2: Извършете проверка с калибратор на веригата. Свържете процесен калибратор Fluke 754 към 4-20mA веригата на терминала на предавателя. Инжектирайте сигнал 4mA. Потвърдете, че Yokogawa показва 0% поток. Инжектирайте 20mA. Потвърдете, че Yokogawa показва 100% от обхвата.
Стъпка 3: Проверете конфигурацията на мултипликаторния блок. В BCDL функцията на Yokogawa CENTUM VP намерете мултипликаторния блок (ARITH-M). Потвърдете входовете: PV на променливия поток влиза в IN1. Изходът на ръчния контролер влиза в IN2. Изходът на мултипликатора осигурява зададената стойност към ABB AC500 чрез Modbus TCP.
Стъпка 4: Потвърдете комуникацията Modbus TCP. Използвайте Ethernet модул ABB AC500 CM577-EP, за да проверите регистър Modbus 40001. Този регистър съдържа зададената стойност на съотношението от Yokogawa. Потвърдете, че заявката Modbus връща валидни данни в рамките на 100 ms.
Стъпка 5: Проверете конфигурацията на ABB AC500. Отворете софтуера Automation Builder. Навигирайте до конфигурацията на PID веригата за контролния клапан на кислорода. Потвърдете, че източникът на PV е зададен на Modbus TCP. Задайте PID режима на AUTO след проверка на целостта на данните от Modbus.
Стъпка 6: Извършете стъпков тест на клапана за кислород. Издайте 10% стъпкова промяна на зададената стойност чрез Yokogawa CENTUM VP. Наблюдавайте отговора на PID изхода на ABB AC500. Клапанът за кислород трябва да достигне новата позиция в рамките на 15 секунди за характеризиран контролен клапан с време на движение 5 секунди.

Режими на повреда на предавателя и последици за безопасността

Този раздел описва четири критични режима на повреда в системата за контрол на съотношението при окисляване на черната луга.

Предавателят на променливия поток отчита ниска стойност: Ако предавателят на потока на черната луга спадне до 8mA (50% от обхвата) поради запушени импулсни линии, системата за контрол на съотношението интерпретира това като нисък поток на черната луга. Мултипликаторният блок намалява зададената стойност на кислорода съответно. PID веригата на ABB AC500 затваря клапана за кислород. Ефективността на окисляване пада под 85%. Съединенията на сярата остават нестабилни в изходящия поток.
Предавателят на променливия поток отчита висока стойност: Ако мембраната на предавателя за диференциално налягане се повреди и остане отворена, сигналът надвишава 20mA. Системата за контрол на съотношението отваря клапана за кислород по-широко. Концентрацията на кислород в реакционния съд надвишава 25%. Това създава риск от пожар и експлозия в кислородно обогатена среда.
Предавателят на кислородния поток отчита ниска стойност: Ако предавателят на кислород показва 4mA (нулев поток) поради повреда на бобината, PID веригата на ABB AC500 отваря клапана за кислород напълно. Мултипликаторният блок не може да коригира това, тъй като получава правилния сигнал за черната луга. Операторът трябва да се намеси незабавно.
Клапанът за контрол на кислорода се повреди и остане напълно затворен: Ако задвижващият механизъм на клапана загуби въздушно захранване, PID изходът на ABB AC500 се насити на 0%. В реакционния съд не влиза кислород. Окислителната реакция спира напълно. Системата HIMA HIMatrix F-GAS трябва да задейства аварийно спиране в рамките на 30 секунди.

Настройка на PID за веригата с кислород

PID контролерът ABB AC500 изисква настройка след всяка промяна в конфигурацията. Следвайте тази последователност за настройка на веригата за контрол на кислорода.

Стъпка 1: Задайте PID на РЪЧЕН режим. Задайте изхода на 50%.
Стъпка 2: Извършете тест на стъпков отговор. Променете изхода от 50% на 60%. Запишете времето, докато PV достигне 63.2% от крайната стойност. Това е времевата константа на отворената верига (Тау). За типичен клапан за кислород Тау е 8–12 секунди.
Стъпка 3: Изчислете началните параметри за настройка с метода на Зиглер-Никълс. Задайте пропорционалната лента (PB) на 3 пъти Тау, делено на мъртвото време. Задайте интегралното време (Ti) на 2.67 пъти мъртвото време. Задайте диференциалното време (Td) на 0.
Стъпка 4: Въведете изчислените стойности в PID блок функцията на ABB AC500. Активирайте интегралния терминал накрая. Наблюдавайте веригата за осцилации. Ако осцилациите надвишават 3 цикъла, увеличете PB с 20%.
Стъпка 5: Потвърдете работата под натоварване. Променете потока на черната луга с 25%. Наблюдавайте времето за реакция на потока на кислорода. Целевото време за установяване е 45 секунди или по-малко. Потвърдете, че съотношението остава в рамките на +/- 3% от зададената стойност по време на преходи.

Заключение и препоръки за действие

Системите за контрол на съотношението в целулозните заводи за крафт пяна изискват стриктна диагностика на неизправности и превантивна поддръжка. Комбинацията от ABB AC500 и Yokogawa CENTUM VP осигурява стабилен вторичен и първичен контрол съответно. Въпреки това инженерите трябва да разбират конфигурацията на мултипликаторния блок, комуникацията Modbus TCP и процедурите за настройка на PID.

Първо, проверявайте извличането на квадратен корен на сигнала от предавателя на променливия поток поне веднъж при всяка профилактика. Второ, проверявайте импулсните линии за запушване на всеки 6 месеца чрез сравнение на диференциалното налягане. Трето, калибрирайте позиционера на клапана за кислород на тримесечие, за да осигурите точна позиция.

Накрая документирайте всички промени в зададената стойност на съотношението в дневника за аларми на Yokogawa CENTUM VP. Тази документация подпомага съответствието с IEC 61511 за интеграция на SIS със системата HIMA HIMatrix. Инженерите, които следват този структуриран подход, ще поддържат ефективност на окисляване над 95% и ще предотвратят опасни кислородно обогатени условия в целулозния завод.