Arányvezérlő rendszer hibadiagnosztika: Fekete lé oxidáció ABB AC500 és Yokogawa CENTUM VP segítségével

A vad áramlás problémája a kraft cellulózgyárakban

A kraft cellulózgyárak fekete lúgot termelnek melléktermékként. Ez a folyadék illékony kénvegyületeket tartalmaz, például kénhidrogént és merkaptánokat. A gyáraknak tiszta oxigénnel kell oxidálniuk ezt a fekete lúgot a kén stabilizálása és a kibocsátás csökkentése érdekében. A vezérlés kihívása a pontos oxigén–fekete lúg arány folyamatos fenntartása.

Ebben az arányvezérlési architektúrában a fekete lúg áramlása a vad változó. Az oxigén áramlása a szabályozott változó. Az ABB AC500 kezeli a másodlagos szabályozási hurkot. A Yokogawa CENTUM VP kezelői állomás számolja és jeleníti meg az arányt.

Először azonosítsa a vad áramlás jeladót. Egy kraft cellulózgyárban a fekete lúg áramlás jeladója differenciális nyomásmérésen alapul. A jeladó 4-20mA jelet küld, amely arányos a differenciális nyomás négyzetgyökével. Ezt a jelet a Yokogawa CENTUM VP AAI141-S40 analóg bemeneti kártya fogadja.

Másodszor, ellenőrizze a négyzetgyök-kivonás beállítását. A Yokogawa CENTUM VP tartalmaz egy négyzetgyök függvényblokkot (ARITH-S) az áramlásjel linearizálására. Nyissa meg a függvényblokk tulajdonságait a CENTUM VP-ben. Ellenőrizze, hogy a SQRT ENABLE paraméter BE van kapcsolva. Ha nem engedélyezi a négyzetgyök-kivonást, a jel nem lineáris lesz, és a szabályozó helytelenül reagál az áramlásváltozásokra.

Lépésről lépésre hibakeresési eljárás

Kövesse ezt a 6 lépéses eljárást az arányvezérlési hibák elkülönítéséhez:

• 1. lépés: Jegyezze fel a vad áramlás jeladó értékét a Yokogawa CENTUM VP kezelői felületén. Jegyezze meg a PV értéket mA-ban és a konvertált áramlásértéket GPM-ben.
• 2. lépés: Végezzen hurkteszt kalibrálást. Csatlakoztasson egy Fluke 754 folyamatkalibrátort a 4-20mA hurkon a jeladó termináljánál. Adjon be 4mA jelet. Ellenőrizze, hogy a Yokogawa 0% áramlást mutat. Adjon be 20mA jelet. Ellenőrizze, hogy a Yokogawa a teljes tartomány 100%-át mutatja.
• 3. lépés: Ellenőrizze a szorzó blokk konfigurációját. A Yokogawa CENTUM VP BCDL funkciójában keresse meg az ARITH-M szorzó blokkot. Ellenőrizze a bemeneteket: a vad áramlás PV az IN1-re érkezik. A kézi szabályozó kimenete az IN2-re. A szorzó kimenete a beállított értéket adja az ABB AC500 számára Modbus TCP-n keresztül.
• 4. lépés: Ellenőrizze a Modbus TCP kommunikációt. Használja az ABB AC500 CM577-EP Ethernet modult a 40001-es Modbus regiszter ellenőrzésére. Ez a regiszter tartalmazza a Yokogawa által küldött arány beállított értéket. Győződjön meg róla, hogy a Modbus lekérdezés 100 ms alatt érvényes adatot ad vissza.
• 5. lépés: Ellenőrizze az ABB AC500 konfigurációját. Nyissa meg az Automation Builder szoftvert. Navigáljon az oxigén szabályozó szelep PID hurkának konfigurációjához. Ellenőrizze, hogy a PV forrás Modbus TCP-re van állítva. A PID módot állítsa AUTO-ra a Modbus adat integritásának ellenőrzése után.
• 6. lépés: Végezzen lépéspróbát az oxigén szelepen. Adjon ki 10%-os lépésváltozást a beállított értékben a Yokogawa CENTUM VP-n keresztül. Figyelje az ABB AC500 PID kimenet válaszát. Az oxigén szelepnek 15 másodpercen belül el kell érnie az új pozíciót egy jellemzett, 5 másodperces mozgásidejű szabályozószelep esetén.

Jeladó meghibásodási módok és biztonsági következmények

Ez a rész négy kritikus meghibásodási módot részletez a fekete lúg oxidációs arányvezérlési rendszerben.

• A vad áramlás jeladó alacsony értéket mutat: Ha a fekete lúg áramlás jeladó 8mA-re (a tartomány 50%-a) esik a dugult impulzusvezetékek miatt, az arányvezérlő rendszer alacsony fekete lúg áramlást érzékel. A szorzó blokk ennek megfelelően csökkenti az oxigén beállított értékét. Az ABB AC500 PID hurok lezárja az oxigén szelepet. Az oxidációs hatékonyság 85% alá csökken. A kénvegyületek instabilak maradnak a kibocsátott áramlásban.
• A vad áramlás jeladó magas értéket mutat: Ha a differenciális nyomás jeladó membránja nyitott állapotban hibásodik meg, a jel meghaladja a 20mA-t. Az arányvezérlő rendszer szélesebbre nyitja az oxigén szelepet. Az oxigén koncentráció a reakciótérben 25% fölé emelkedik. Ez tűz- és robbanásveszélyt jelent az oxigénben dúsított környezetben.
• Az oxigén áramlás jeladó alacsony értéket mutat: Ha az oxigén jeladó 4mA-t (nulla áramlás) jelez tekercs meghibásodás miatt, az ABB AC500 PID hurok teljesen kinyitja az oxigén szelepet. A szorzó blokk nem tudja korrigálni, mert a fekete lúg jel helyes. A kezelőnek azonnal be kell avatkoznia.
• Az oxigén szabályozó szelep teljesen zárt állapotban hibásodik meg: Ha a szelepmozgató elveszíti a levegőellátást, az ABB AC500 PID kimenet 0%-on telítődik. Nem jut oxigén a reakciótérbe. Az oxidációs reakció teljesen leáll. A HIMA HIMatrix F-GAS rendszernek 30 másodpercen belül vészleállítást kell indítania.

PID hangolás a zárt oxigén hurokhoz

Az ABB AC500 PID szabályozót hangolni kell minden konfigurációs változtatás után. Kövesse ezt a hangolási sorrendet az oxigén szabályozó hurokhoz.

• 1. lépés: Állítsa a PID-t KÉZI módba. Állítsa a kimenetet 50%-ra.
• 2. lépés: Végezzen lépésválasz tesztet. Változtassa a kimenetet 50%-ról 60%-ra. Jegyezze fel az időt, amíg a PV eléri a végérték 63,2%-át. Ez az nyitott hurok időállandója (Tau). Egy tipikus oxigén szabályozó szelep esetén Tau 8–12 másodperc.
• 3. lépés: Számítsa ki a kezdeti hangolási paramétereket a Ziegler-Nichols módszerrel. Állítsa a Proporcionális sávot (PB) Tau háromszorosára osztva a holtidővel. Az integrálási idő (Ti) legyen 2,67-szerese a holtidőnek. A derivált idő (Td) legyen 0.
• 4. lépés: Adja meg a kiszámított értékeket az ABB AC500 PID függvényblokkban. Az integrálási tagot utoljára engedélyezze. Figyelje a hurkot oszcillációk szempontjából. Ha az oszcillációk 3 ciklust meghaladják, növelje a PB-t 20%-kal.
• 5. lépés: Ellenőrizze a teljesítményt terhelés alatt. Változtassa a fekete lúg áramlást 25%-kal. Figyelje az oxigén áramlás válaszidejét. A cél a 45 másodpercnél rövidebb stabilizálódási idő. Ellenőrizze, hogy az arány a beállított érték +/- 3%-án belül marad-e átmeneti állapotok alatt.

Következtetés és javaslatok

A kraft cellulózgyárak arányvezérlő rendszerei szigorú hibadiagnosztikát és megelőző karbantartást igényelnek. Az ABB AC500 és a Yokogawa CENTUM VP kombinációja megbízható másodlagos és elsődleges szabályozást biztosít. Azonban a mérnököknek érteniük kell a szorzó blokk konfigurációját, a Modbus TCP kommunikációt és a PID hangolási eljárásokat.

Először is, ellenőrizze a négyzetgyök-kivonást a vad áramlás jeladó jelén legalább egyszer minden karbantartási ciklusban. Másodszor, ellenőrizze az impulzusvezetékeket dugulás szempontjából félévente differenciális nyomás összehasonlítással. Harmadszor, kalibrálja az oxigén szabályozó szelep pozicionálóját negyedévente a pontos pozicionálás érdekében.

Végül dokumentálja az összes arányvezérlési beállított érték változást a Yokogawa CENTUM VP riasztási naplójában. Ez a dokumentáció támogatja az IEC 61511 szabványnak való megfelelést a SIS integrációhoz a HIMA HIMatrix rendszerrel. Azok a mérnökök, akik ezt a strukturált megközelítést követik, fenntartják az oxidációs hatékonyságot 95% felett, és megelőzik a veszélyes oxigénben dúsított környezet kialakulását a cellulózgyárban.