Dijagnostika kvara sustava upravljanja omjerom: oksidacija crnog likera s ABB AC500 i Yokogawa CENTUM VP

Problem divljeg protoka u kraft tvornicama celuloze

Kraft tvornice celuloze proizvode crnu lužinu kao nusproizvod. Ova tekućina sadrži hlapive sumporne spojeve poput vodikovog sulfida i merkaptana. Tvornice moraju oksidirati ovu crnu lužinu čistim kisikom kako bi stabilizirale sumpor i smanjile emisije. Izazov u upravljanju je održavanje preciznog omjera kisika i crne lužine u svakom trenutku.

U ovoj arhitekturi upravljanja omjerom, protok crne lužine djeluje kao divlja varijabla. Protok kisika služi kao kontrolirana varijabla. ABB AC500 upravlja sekundarnom kontrolnom petljom. Operaterska stanica Yokogawa CENTUM VP upravlja izračunom i prikazom omjera.

Prvo, identificirajte predajnik divljeg protoka. U kraft tvornici celuloze, predajnik protoka crne lužine radi na principu mjerenja diferencijalnog tlaka. Predajnik šalje 4-20mA signal proporcionalan korijenu kvadratnom diferencijalnog tlaka. Yokogawa CENTUM VP AAI141-S40 analogna ulazna kartica prima ovaj signal.

Drugo, provjerite postavku izvlačenja korijena kvadratnog. Yokogawa CENTUM VP uključuje funkcijski blok za korijen kvadratni (ARITH-S) za linearizaciju signala protoka. Otvorite svojstva funkcijskog bloka u CENTUM VP. Provjerite je li parametar SQRT ENABLE postavljen na UKLJUČENO. Neaktiviranje izvlačenja korijena kvadratnog rezultira nelinearnim signalom protoka. Kontroler tada neispravno reagira na promjene protoka.

Postupak izolacije kvara korak po korak

Slijedite ovaj 6-korak postupak za izolaciju kvarova u upravljanju omjerom:

• Korak 1: Zabilježite očitanje predajnika divljeg protoka na Yokogawa CENTUM VP FACEPLATE-u. Zabilježite PV vrijednost u mA i konvertiranu vrijednost protoka u GPM.
• Korak 2: Izvedite provjeru kalibratora petlje. Spojite Fluke 754 procesni kalibrator na 4-20mA petlju na terminalu predajnika. Injektirajte 4mA signal. Provjerite prikazuje li Yokogawa 0% protoka. Injektirajte 20mA. Provjerite prikazuje li Yokogawa 100% raspona.
• Korak 3: Provjerite konfiguraciju bloka množenja. U funkciji BCDL Yokogawa CENTUM VP pronađite blok množenja (ARITH-M). Provjerite ulaze: divlji protok PV ulazi u IN1. Izlaz ručnog kontrolera ulazi u IN2. Izlaz množenja daje zadanu vrijednost ABB AC500 putem Modbus TCP-a.
• Korak 4: Provjerite Modbus TCP komunikaciju. Koristite ABB AC500 CM577-EP Ethernet modul za provjeru Modbus registra 40001. Ovaj registar sadrži zadanu vrijednost omjera iz Yokogawa. Potvrdite da Modbus upit vraća valjane podatke unutar 100 ms.
• Korak 5: Provjerite konfiguraciju ABB AC500. Otvorite softver Automation Builder. Navigirajte do konfiguracije PID petlje za upravljački ventil kisika. Provjerite je li izvor PV postavljen na Modbus TCP. Postavite PID način rada na AUTO nakon provjere integriteta Modbus podataka.
• Korak 6: Izvedite test koraka na ventilu kisika. Izvršite promjenu zadane vrijednosti od 10% putem Yokogawa CENTUM VP. Promatrajte odgovor PID izlaza ABB AC500. Ventil kisika trebao bi dosegnuti novu poziciju unutar 15 sekundi za karakterizirani upravljački ventil s vremenom putovanja od 5 sekundi.

Načini kvara predajnika i sigurnosne posljedice

Ovaj odjeljak opisuje četiri kritična načina kvara u sustavu upravljanja omjerom oksidacije crne lužine.

• Predajnik divljeg protoka očitava prenisko: Ako predajnik protoka crne lužine padne na 8mA (50% raspona) zbog začepljenih impulsnih cijevi, sustav upravljanja omjerom to tumači kao nizak protok crne lužine. Blok množenja smanjuje zadanu vrijednost kisika u skladu s tim. PID petlja ABB AC500 zatvara ventil kisika. Učinkovitost oksidacije pada ispod 85%. Sumporni spojevi ostaju nestabilni u otpadnom toku.
• Predajnik divljeg protoka očitava previsoko: Ako membrana diferencijalnog tlaka predajnika otkaže i ostane otvorena, signal prelazi 20mA. Sustav upravljanja omjerom otvara ventil kisika šire. Koncentracija kisika u reaktoru prelazi 25%. To stvara opasnost od požara i eksplozije u kisikom obogaćenom okruženju.
• Predajnik protoka kisika otkaže prenisko: Ako predajnik kisika pokazuje 4mA (nulti protok) zbog kvara zavojnice, PID petlja ABB AC500 potpuno otvara ventil kisika. Blok množenja to ne može ispraviti jer prima ispravan signal crne lužine. Operater mora odmah intervenirati.
• Upravljački ventil kisika otkaže u potpunosti zatvoren: Ako aktuator ventila izgubi dovod zraka, PID izlaz ABB AC500 zasićuje se na 0%. Kisik ne ulazi u reaktor. Oksidacijska reakcija potpuno prestaje. Sustav HIMA HIMatrix F-GAS mora pokrenuti hitno zaustavljanje unutar 30 sekundi.

PID podešavanje za petlju upravljanja kisikom

PID kontroler ABB AC500 zahtijeva podešavanje nakon svake promjene konfiguracije. Slijedite ovaj redoslijed podešavanja za petlju upravljanja kisikom.

• Korak 1: Postavite PID u RUČNI način rada. Postavite izlaz na 50%.
• Korak 2: Izvedite test odziva na korak. Promijenite izlaz s 50% na 60%. Zabilježite vrijeme dok PV ne dosegne 63,2% konačne vrijednosti. To je konstanta vremena otvorene petlje (Tau). Za tipični ventil upravljanja kisikom, Tau iznosi 8–12 sekundi.
• Korak 3: Izračunajte početne parametre podešavanja metodom Ziegler-Nichols. Postavite proporcionalni pojas (PB) na 3 puta Tau podijeljeno s mrtvim vremenom. Postavite integralno vrijeme (Ti) na 2,67 puta mrtvo vrijeme. Postavite derivativno vrijeme (Td) na 0.
• Korak 4: Unesite izračunate vrijednosti u PID funkcijski blok ABB AC500. Zadnje uključite integralni član. Pratite petlju zbog oscilacija. Ako oscilacije prelaze 3 ciklusa, povećajte PB za 20%.
• Korak 5: Provjerite performanse pod opterećenjem. Promijenite protok crne lužine za 25%. Promatrajte vrijeme odziva protoka kisika. Ciljano vrijeme stabilizacije je 45 sekundi ili manje. Provjerite ostaje li omjer unutar +/- 3% zadane vrijednosti tijekom prijelaznih stanja.

Zaključak i savjeti za djelovanje

Sustavi upravljanja omjerom u kraft tvornicama celuloze zahtijevaju rigoroznu dijagnostiku kvarova i preventivno održavanje. Kombinacija ABB AC500 i Yokogawa CENTUM VP pruža robusnu sekundarnu odnosno primarnu kontrolu. Međutim, inženjeri moraju razumjeti konfiguraciju bloka množenja, Modbus TCP komunikaciju i postupke podešavanja PID-a.

Prvo, provjerite izvlačenje korijena kvadratnog na signalu predajnika divljeg protoka

Na kraju, dokumentirajte sve promjene zadane vrijednosti omjera u alarmnom dnevniku Yokogawa CENTUM VP. Ova dokumentacija podržava usklađenost s IEC 61511 za integraciju SIS-a s HIMA HIMatrix. Inženjeri koji slijede ovaj strukturirani pristup održat će učinkovitost oksidacije iznad 95% i spriječiti opasne uvjete obogaćene kisikom u tvornici celuloze.