Dijagnostika kvara sistema kontrole odnosa: oksidacija crne kaše sa ABB AC500 i 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
%Б %д, %И

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

Problem divljeg protoka u kraft postrojenjima za proizvodnju pulpe

Kraft postrojenja za proizvodnju pulpe proizvode crnu tečnost kao nusproizvod. Ova tečnost sadrži isparljive sumporne spojeve kao što su vodonik-sulfid i merkaptani. Postrojenja moraju oksidovati ovu crnu tečnost čistim kiseonikom kako bi stabilizovala sumpor i smanjila emisije. Izazov u kontroli je održavanje preciznog odnosa kiseonika i crne tečnosti u svakom trenutku.

U ovoj arhitekturi kontrole odnosa, protok crne tečnosti predstavlja divlju promenljivu. Protok kiseonika je kontrolisana promenljiva. ABB AC500 upravlja sekundarnom kontrolnom petljom. Operaterska stanica Yokogawa CENTUM VP upravlja izračunavanjem i prikazom odnosa.

Prvo, identifikujte predajnik divljeg protoka. U kraft postrojenju za pulpu, predajnik protoka crne tečnosti radi na osnovu merenja diferencijalnog pritiska. Predajnik šalje 4-20mA signal proporcionalan kvadratnom korenu diferencijalnog pritiska. Yokogawa CENTUM VP AAI141-S40 analogna ulazna kartica prima ovaj signal.

Drugo, proverite podešavanje izvlačenja kvadratnog korena. Yokogawa CENTUM VP uključuje blok funkcije kvadratnog korena (ARITH-S) za linearizaciju signala protoka. Otvorite svojstva funkcijskog bloka u CENTUM VP. Proverite da je parametar SQRT ENABLE uključen (ON). Neaktiviranje izvlačenja kvadratnog korena proizvodi nelinearni signal protoka. Kontroler tada nepravilno reaguje na promene protoka.

Postupak izolacije kvara korak po korak

Pratite ovaj postupak od 6 koraka za izolaciju kvarova u kontroli odnosa:

Korak 1: Zabeležite očitavanje predajnika divljeg protoka na Yokogawa CENTUM VP FACEPLATE-u. Zapišite PV vrednost u mA i konvertovanu vrednost protoka u GPM.
Korak 2: Izvršite proveru kalibratora petlje. Povežite Fluke 754 procesni kalibrator na 4-20mA petlju na terminalu predajnika. Injektujte 4mA signal. Proverite da Yokogawa prikazuje 0% protoka. Injektujte 20mA. Proverite da Yokogawa prikazuje 100% opsega.
Korak 3: Proverite konfiguraciju bloka množioca. U funkciji Yokogawa CENTUM VP BCDL pronađite blok množioca (ARITH-M). Proverite ulaze: PV divljeg protoka ulazi na IN1. Izlaz manuelnog kontrolera ulazi na IN2. Izlaz množioca daje zadatu vrednost ABB AC500 preko Modbus TCP.
Korak 4: Proverite Modbus TCP komunikaciju. Koristite ABB AC500 CM577-EP Ethernet modul da proverite Modbus registar 40001. Ovaj registar sadrži zadatu vrednost odnosa iz Yokogawa. Potvrdite da Modbus upit vraća validne podatke u roku od 100ms.
Korak 5: Proverite konfiguraciju ABB AC500. Otvorite softver Automation Builder. Idite na konfiguraciju PID petlje za ventil za kontrolu kiseonika. Proverite da je izvor PV podešen na Modbus TCP. Postavite PID režim na AUTO nakon potvrde integriteta Modbus podataka.
Korak 6: Izvršite test koraka na ventilu za kiseonik. Izvršite promenu zadate vrednosti od 10% preko Yokogawa CENTUM VP. Posmatrajte odgovor PID izlaza ABB AC500. Ventil za kiseonik treba da dostigne novu poziciju u roku od 15 sekundi za karakterizovani kontrolni ventil sa vremenom putovanja od 5 sekundi.

Načini kvara predajnika i bezbednosne posledice

Ovaj odeljak opisuje četiri kritična načina kvara u sistemu kontrole odnosa oksidacije crne tečnosti.

Predajnik divljeg protoka pokazuje nisku vrednost: Ako predajnik protoka crne tečnosti padne na 8mA (50% opsega) zbog začepljenih impulsnih linija, sistem kontrole odnosa tumači to kao nizak protok crne tečnosti. Blok množioca smanjuje zadatu vrednost kiseonika u skladu sa tim. PID petlja ABB AC500 zatvara ventil za kiseonik. Efikasnost oksidacije pada ispod 85%. Sumporni spojevi ostaju nestabilni u izlaznom toku.
Predajnik divljeg protoka pokazuje visoku vrednost: Ako membrana predajnika diferencijalnog pritiska otkaže i ostane otvorena, signal prelazi 20mA. Sistem kontrole odnosa otvara ventil za kiseonik šire. Koncentracija kiseonika u reaktoru prelazi 25%. Ovo stvara opasnost od požara i eksplozije u okruženju bogatom kiseonikom.
Predajnik protoka kiseonika pokazuje nisku vrednost: Ako predajnik kiseonika pokazuje 4mA (nulti protok) zbog kvara zavojnice, PID petlja ABB AC500 potpuno otvara ventil za kiseonik. Blok množioca ne može da ispravi ovo jer prima ispravan signal crne tečnosti. Operater mora odmah intervenisati.
Ventil za kontrolu kiseonika ostaje potpuno zatvoren: Ako aktuator ventila izgubi dovod vazduha, PID izlaz ABB AC500 se saturira na 0%. Kiseonik ne ulazi u reaktor. Reakcija oksidacije se potpuno zaustavlja. Sistem HIMA HIMatrix F-GAS mora pokrenuti hitno zaustavljanje u roku od 30 sekundi.

Podešavanje PID regulatora za petlju kiseonika

PID regulator ABB AC500 zahteva podešavanje nakon svake promene konfiguracije. Pratite ovaj redosled podešavanja za petlju kontrole kiseonika.

Korak 1: Postavite PID u MANUAL režim. Postavite izlaz na 50%.
Korak 2: Izvršite test odziva na korak. Promenite izlaz sa 50% na 60%. Zabeležite vreme dok PV ne dostigne 63,2% konačne vrednosti. Ovo je otvorena vremenska konstanta (Tau). Za tipični ventil za kontrolu kiseonika, Tau je 8–12 sekundi.
Korak 3: Izračunajte početne parametre podešavanja metodom Ziegler-Nichols. Postavite proporcionalni opseg (PB) na 3 puta Tau podeljeno sa vremenom kašnjenja (Dead Time). Postavite integralno vreme (Ti) na 2,67 puta vreme kašnjenja. Postavite derivativno vreme (Td) na 0.
Korak 4: Unesite izračunate vrednosti u PID funkcijski blok ABB AC500. Na kraju uključite integralni termin. Pratite petlju zbog oscilacija. Ako oscilacije prelaze 3 ciklusa, povećajte PB za 20%.
Korak 5: Proverite performanse pod opterećenjem. Promenite protok crne tečnosti za 25%. Posmatrajte vreme odziva protoka kiseonika. Cilj je vreme stabilizacije od 45 sekundi ili manje. Proverite da odnos ostaje unutar +/- 3% zadate vrednosti tokom tranzijenata.

Zaključak i preporuke za akciju

Sistemi kontrole odnosa u kraft postrojenjima za pulpu zahtevaju rigoroznu dijagnostiku kvarova i preventivno održavanje. Kombinacija ABB AC500 i Yokogawa CENTUM VP pruža pouzdanu sekundarnu i primarnu kontrolu. Međutim, inženjeri moraju razumeti konfiguraciju bloka množioca, Modbus TCP komunikaciju i procedure podešavanja PID regulatora.

Prvo, proverite izvlačenje kvadratnog korena na signalu predajnika divljeg protoka bar jednom po zaustavljanju postrojenja. Drugo, proveravajte impulsne linije na začepljenje na svakih 6 meseci upoređivanjem diferencijalnog pritiska. Treće, kalibrišite pozicioner ventila za kiseonik kvartalno radi tačnog pozicioniranja.

Na kraju, dokumentujte sve promene zadate vrednosti odnosa u alarmnom dnevniku Yokogawa CENTUM VP. Ova dokumentacija podržava usklađenost sa IEC 61511 za integraciju SIS sistema sa HIMA HIMatrix. Inženjeri koji slede ovaj strukturirani pristup održaće efikasnost oksidacije iznad 95% i sprečiti opasne uslove bogate kiseonikom u postrojenju za pulpu.