Rozwiązanie krok po kroku: Diagnostyka linii cieczy procesowej

Na diagramie P&ID pierwsza litera oznaczenia mówi, co jest mierzone (P - ciśnienie, T - temperatura, F - przepływ), a kolejne - co robi element (T - przetwornik, IC - regulator ze wskaźnikiem, Y - przetwornik sygnału, V - zawór). Linie przerywane to sygnały 4 ÷ 20 mA, linia z kółkami - sieć PROFIBUS DP.

• poziom: PT 02 i PT 03 → PLC 07 → sygnał on/off do silnika M pompy PO 01,
• temperatura: TT 04 → TIC 04 → TY 04 (I/P) → zawór pary TV 04 na wymienniku WC 03,
• przepływ: kryza KR 05 → FT 05 → FIC 05 → FY 05 (I/P) → zawór FV 06.

Opis mówi, że poziom wyznacza się „na podstawie mierzonych w sposób ciągły ciśnień w zbiorniku”. Na P&ID do PLC 07 dochodzą dwa sygnały 4 ÷ 20 mA: z PT 02 (ciśnienie gazu nad cieczą) i z PT 03 (ciśnienie na dnie). Różnica ciśnień to ciśnienie hydrostatyczne słupa cieczy (p = ρ·g·h) - dlatego potrzebne są oba przetworniki: sam PT 03 pokazywałby też ciśnienie gazu w zbiorniku zamkniętym.

Na poziom bezpośrednio wpływa to, co tłoczy ciecz do zbiornika - pompa odśrodkowa PO 01 (sterowana sygnałem on/off z PLC 07 przez silnik M). Zawór FV 06 też zmienia ilość cieczy, ale należy do innej pętli (przepływ na odpływie).

Linia sygnałowa „on/off” do silnika pompy wychodzi z PLC 07 - według tabeli 1 to „sterownik programowalny sterujący poziomem cieczy”. HS 01 to tylko przycisk ręczny, a PLC Master steruje całą linią przez sieć, a nie bezpośrednio pompą.

Pomiar przepływu zaczyna się od elementu pierwotnego - kryzy KR 05 w rurociągu - a różnicę ciśnień przed i za kryzą zamienia na sygnał 4 ÷ 20 mA przetwornik FT 05. FIC 05 jest już regulatorem: przyjmuje ten sygnał i zamyka pętlę regulacji przez FY 05 i FV 06.

Kryza to zwężka - przepływ wyznacza się z różnicy ciśnień przed i za przewężeniem. Skreślam „elektromagnetyczną”, „turbinkową” i „ultradźwiękową”, zostawiam zwężkową.

Kolumna VI (R_Nmin) jest wydrukowana - liczymy tylko R_Nmax z zależności 2:

R_Nmax = R_N · (1 + δ/100)

Dla 0 °C: 100,00 · (1 + 0,15/100) = 100,150 Ω. Uwaga nad tabelą każe podać wynik z dokładnością do trzech miejsc po przecinku, więc wpisuję 100,150 (klucz w tym wierszu uznaje też 100,15).

• 20 °C: 107,79 · (1 + 0,19/100) = 107,995 Ω (dokładnie 107,994801 - po zaokrągleniu do trzech miejsc),
• 40 °C: 115,54 · (1 + 0,23/100) = 115,806 Ω.

• 60 °C: 123,24 · (1 + 0,27/100) = 123,573 Ω,
• 80 °C: 130,90 · (1 + 0,31/100) = 131,306 Ω,
• 100 °C: 138,51 · (1 + 0,35/100) = 138,995 Ω.

Błąd graniczny δ rośnie z temperaturą (0,15 % → 0,35 %), więc przedział dopuszczalnych rezystancji robi się coraz szerszy.

Osobne kryterium sprawdza, czy wszystkie wartości z wierszy 2-6 mają trzy miejsca po przecinku - tak jak wydrukowana kolumna R_Nmin (99,850; 107,585 ...). Zapis „107,99” albo „131,3” kosztuje ten punkt nawet przy poprawnym rachunku.

TAK wpisujemy, gdy R_OUT leży w przedziale (R_Nmin, R_Nmax):

• 0 °C: 99,850 < 100,08 < 100,150,
• 20 °C: 107,585 < 107,87 < 107,995,
• 40 °C: 115,274 < 115,39 < 115,806,
• 100 °C: 138,025 < 138,62 < 138,995.

W wierszach 1, 2, 3 i 6 - TAK.

• 60 °C: 122,89 Ω < R_Nmin = 122,907 Ω - za mało,
• 80 °C: 131,41 Ω > R_Nmax = 131,306 Ω - za dużo.

W wierszach 4 i 5 - NIE. Błędy wychodzą akurat w temperaturach, w których pracuje proces (65 ÷ 85 °C), więc czujnik nie nadaje się do dalszej pracy.

Wartości nominalne stałych czasowych bierzemy z tabeli 2, ale z właściwej kolumny. TT 04 ma czujnik Pt100, a na P&ID - zakres 10 ÷ 100 °C. Z dwóch przetworników Pt100 zakres 0 ÷ 80 °C byłby za mały (proces dochodzi do 85 °C), więc pasuje T10-PT100-100:

• τ50 ≤ 0,45 s,
• τ90 ≤ 1,42 s.

τ50 to czas od skoku temperatury (0,0 s) do chwili, gdy czujnik wskaże 50 % skoku - na wykresie poziom 50 % (20 °C). Prowadzę poziomą linię od 50 % do przecięcia z granatową krzywą i opuszczam pion na oś czasu: wypada na 0,6 s (siatka ma działki co 0,1 s).

Wpisuję: wartość nominalna 0,45 s, wyznaczona 0,6 s - obie z jednostkami, jak każe uwaga nad tabelą.

To samo dla 90 % skoku - poziom 90 % (24 °C). Krzywa przecina go przy 1,6 s. Nominalnie: 1,42 s.

Tabela 2 podaje wartości graniczne („τ50 ≤”, „τ90 ≤”). Czujnik reaguje wolniej, niż powinien:

• 0,6 s > 0,45 s → NIE,
• 1,6 s > 1,42 s → NIE.

Wolniejsza odpowiedź to typowy objaw zabrudzenia osłony albo złego kontaktu czujnika z osłoną - regulator TIC 04 dostaje opóźnioną informację o temperaturze.

Na rysunku 3 FT 05 (zaciski 3, 4) łączy się z FIC 05 (1, 2), a FY 05 (13, 14) - z FIC 05 (3, 4), po jednej żyle przewodu LIYY 2x0,14 na każdy odcinek. Wszystkie żyły mają tę samą długość i przekrój, więc ich rezystancje powinny być podobne.

Odcinki 1-3: po ok. 1 Ω w obu pomiarach - wyniki powtarzalne i zgodne ze sobą → TAK w wierszach 1-3.

Wiersz 4: 120 Ω i 125 Ω - ponad sto razy więcej niż w pozostałych żyłach tego samego przewodu, w dodatku wynik się zmienia. To nadpalone, skorodowane albo poluzowane połączenie (lub uszkodzona żyła) → NIE. W pętli 4 ÷ 20 mA taka rezystancja zabiera część napięcia zasilania i przetwornik FY 05 może nie wysterować zaworu FV 06.

Sprawdzanym elementem aparatury kontrolno-pomiarowej jest przetwornik temperatury TT 04 (z czujnikiem Pt100). Wpisuję: symbol TT 04, nazwa przetwornik temperatury, ocena niesprawny - nie spełnia ani dokładności (tabela 5), ani dynamiki (tabela 6).

Klucz punktuje osobno każdy z dwóch powodów, więc wpisuję oba:

• przekroczone wartości rezystancji czujnika przy 60 °C i 80 °C (tabela 5, wiersze 4 i 5),
• przekroczone dopuszczalne wartości stałych czasowych τ50 i τ90 (tabela 6).

Polecenie mówi o raporcie o stanie „elementów i połączeń”, więc dopisuję drugi wiersz: połączenie FY05:14/FIC05:4 - niesprawne, rezystancja ok. 120 Ω zamiast ok. 1 Ω. Klucz tego wiersza nie punktuje (ocenia tylko TT 04), ale bez niego raport nie tłumaczyłby, po co w tabeli 9 kupujemy przewód.

Kupujemy taki sam przetwornik jak zainstalowany - T10-PT100-100 (Pt100, zakres 0 ÷ 100 °C pokrywa 10 ÷ 100 °C z P&ID). Parametry przepisuję z tabeli 2 (klucz wymaga co najmniej trzech): zakres 0 ÷ 100 °C, czujnik Pt100, błąd podstawowy 0,5 %, wyjście 4 ÷ 20 mA, zasilanie 8 ÷ 30 V DC, przyłącze M20x1,5.

Uszkodzony odcinek w pętli przepływu wymieniamy na taki sam przewód, jakim wykonano obwód: LIYY 300/300V 2x0,14 (dwie żyły z linki, przekrój 0,14 mm², napięcie znamionowe 300/300 V).