Benvenuti nel blog ufficiale dell'International Society of Automation (ISA).Questo blog copre numerosi argomenti sull'automazione industriale come operazioni e gestione, elaborazione continua e batch, connettività, produzione e controllo macchina e Industria 4.0.Il materiale e le informazioni contenute in questo sito sono solo a scopo informativo generale.I post del blog ISA possono essere scritti dallo staff ISA e da autori ospiti della comunità dell'automazione.Le opinioni e le opinioni espresse da un autore ospite sono esclusivamente sue e non rappresentano necessariamente quelle di ISA.I post pubblicati dagli autori ospiti sono stati soggetti a peer review.La discussione che segue fa parte di una serie occasionale che mostra l'ISA Mentor Program, scritta da Greg McMillan, consulente industriale, autore di numerosi libri sul controllo dei processi, vincitore dell'ISA Life Achievement Award 2010 e Senior Fellow in pensione di Solutia, Inc. (ora Eastman Chemical ).Greg pubblicherà domande e risposte dall'ISA Mentor Program, con i contributi dei partecipanti al programma.Vedi Parte 1 qui.Vedi Parte 3 qui.Vedi Parte 4 qui.Vedi la parte 5 qui.Quali sono gli errori più gravi che hai visto nella progettazione, configurazione, calibrazione, installazione, verifica, messa in servizio e manutenzione del sistema di automazione?Quali sono state le conseguenze e le correzioni e cosa si può fare per prevenire eventi futuri?In qualità di professionista della manutenzione e dell'affidabilità che dedica una notevole quantità di tempo alla revisione dello sviluppo dell'oscilloscopio attraverso un'ingegneria dettagliata, penso che a volte ci concentriamo troppo sui campanelli e sui fischietti associati al controllo avanzato e alla diagnostica, mentre perdiamo i fondamenti.Dobbiamo cambiare la mentalità della "ingegneria ad alto valore" in cui ci limitiamo a considerare i costi di installazione e confrontarli con il costo totale di proprietà (TCO).Capisco che ci sono priorità in competizione poiché i team di progetto vengono costantemente indicizzati rispetto ai costi e alla pianificazione, ma quanto viene risparmiato quando i costi di manutenzione possono essere aumentati in modo esponenziale?Si consideri il seguente esempio: un trasmettitore di pressione differenziale con membrana di processo viene utilizzato per misurare il livello in un serbatoio con una capacità di stoccaggio di 120.000 libbre di un materiale estremamente corrosivo.L'installazione di un doppio blocco e spurgo consente la manutenzione in loco, ma il montaggio diretto consente di risparmiare denaro per il progetto.Questo risparmio di installazione di $ 1.500 ora richiede un po' più di lavoro preliminare per la manutenzione/calibrazione:La manutenzione preventiva (PM) per verificare la calibrazione ora richiede:Quanto ha risparmiato davvero quel risparmio di installazione di $ 1.500?Anche se questo sembra essere un esempio estremo, accade ogni giorno in strutture che potrebbero non avere ancora standard del sito che promuovono le buone pratiche ingegneristiche e l'affidamento ai requisiti minimi del codice.Dobbiamo guardare oltre l'installazione e i requisiti minimi del codice per promuovere buone pratiche ingegneristiche che offrano un TCO inferiore per il cliente.Risparmio sui costi indiretti (e sicurezza del personale):In conclusione, suggerisco di fare uno sforzo maggiore per progettare per la manutenzione.Può essere il miglior sforzo di "alto valore" che offriamo ai nostri clienti riducendo i costi di rotazione durante il ciclo di vita dell'apparecchiatura o del sistema, aumentando al contempo l'efficienza e la sicurezza.Non è questo l'obiettivo finale dell'automazione?Eccone alcuni:Dopo il completamento meccanico, è necessario concedere tempo sufficiente per eseguire un controllo punto a punto.Questo per garantire che tutta la strumentazione, i sensori e gli elementi di controllo finali siano cablati correttamente dal campo al sistema di controllo.Man mano che la data di avvio si avvicina, ogni disciplina entra in una modalità accelerata che rende facile per le persone cadere in errori.I più comuni sono i bulloni allentati o l'allentamento dei fili sulle morsettiere, i collegamenti sul canale sbagliato e/o i fili sul terminale sbagliato del modulo di ingresso/uscita.Un'ottima pratica dopo il checkout è eseguire quello che a volte viene chiamato "dosaggio dell'acqua".Questo, in sostanza, si riferisce al collaudo di una determinata parte del processo che verrà eseguita per un certo periodo di tempo a una velocità ridotta o per alcuni lotti per determinare se tutto funziona come previsto.Questo aiuta il team a identificare i primi problemi.Ho visto come il dosaggio dell'acqua può rivelare errori di progettazione e costruzione:L'omissione dei test di accettazione in fabbrica delle strategie di controllo implementate basate sui requisiti funzionali può aumentare i ritardi di messa in servizio e in alcuni casi la perdita di produzione e l'impatto sull'integrità della sicurezza.Essenziale per l'esecuzione del test di accettazione in fabbrica è una procedura scritta dettagliata con la descrizione del comportamento previsto.La narrativa di controllo e i diagrammi logici funzionali dovrebbero essere utilizzati come documenti di riferimento per i test e la forma e, insieme alla procedura e ai risultati registrati, la registrazione della conformità all'intento progettuale.Nell'implementazione (configurazione) di strategie di controllo complesse, anche con le migliori intenzioni, possono verificarsi errori nella selezione delle opzioni configurabili a livello di blocco funzione che influiscono sul comportamento.Problemi con l'inizializzazione del controllore, ad esempio nel controllo in banda o in intervalli separati e problemi di temporizzazione nella logica booleana, se non rilevati durante il test, possono essere una sfida da risolvere durante la messa in servizio.I test funzionali offrono anche l'opportunità di verificare il design dell'interfaccia operatore e, con la partecipazione di un operatore della sala di controllo, possono fornire l'opportunità di perfezionare e accettare tempestivamente l'interfaccia operatore.Per loop complessi, un semplice modello di processo può fornire il feedback ai controllori per ridurre il tempo necessario per eseguire i test funzionali.Poiché nei moderni sistemi di controllo digitale la suite di funzioni fornite per il controllo del processo può essere facilmente utilizzata per costruire modelli di processo semplificati, è possibile aggiungere feedback con uno sforzo sorprendentemente ridotto.Alcuni fornitori di DCS possono andare oltre fornendo canali di input virtuali che riducono al minimo qualsiasi regolazione temporanea della configurazione per consentire l'uso di misurazioni di processo simulate.Per riassumere, un test di accettazione in fabbrica ben eseguito e documentato, oltre ai suddetti vantaggi, sarà apprezzato da chiunque subisca la pressione che tipicamente accompagna la messa in servizio, il test in linea e la messa a punto del sistema di controllo.Uno dei più grandi errori che ho visto deriva dalla mancanza di conoscenza delle tabelle di classificazione dei materiali ASME B16.5 e del conseguente impatto sulla flangia dell'interfaccia tubazioni/strumento.Ho sentito diverse storie su significative rilavorazioni necessarie quando uno strumento è stato acquistato con una flangia che non è compatibile con la sua valvola di isolamento delle tubazioni.Nell'istanza seguente, ho mostrato un esempio in cui è stata specificata una flangia per tubazioni 600# rispetto a uno strumento 900#.All'interno di B16.5 i metalli comuni utilizzati nell'industria sono organizzati in gruppi formali con tabelle che specificano le pressioni di esercizio di quel particolare gruppo per classe di tubi (150#,300#,600#, ecc.).Ciascuna tabella si estende fino a 538°C (circa 1.000°F) e dalle varie tabelle è evidente che la pressione di esercizio di tutti i gruppi diminuisce all'aumentare della temperatura.Un punto importante da notare è che il fattore in base al quale la pressione di lavoro di un gruppo diminuisce differisce tra i gruppi materiali e qui risiede il potenziale di errore.Un materiale di costruzione comune per le tubazioni principali è l'acciaio al carbonio (A105) che è un materiale del gruppo 1.1.Di seguito ho mostrato la curva di declassamento PT per il gruppo 1.1, con un progetto P&T fittizio di 65 bar(g) e 300°C.Un ingegnere di tubazioni fornirà una flangia 600# come standard in questo servizio, in linea con la classe del tubo.Il materiale più comune per tutte le strumentazioni è l'acciaio inossidabile (316SS), che è un materiale del gruppo 2.2.La curva di declassamento è mostrata di seguito per il gruppo 2.2, con lo stesso design P&T di cui sopra.Nel caso precedente, le stesse pressioni e temperature di progetto utilizzate nel caso del gruppo 1.1 sopra ora superano i valori nominali della flangia per i materiali del gruppo 2.2 in 600#.Questo strumento dovrà essere potenziato per conformarsi a B16.5.Ho ipotizzato che la prossima classe disponibile sarebbe stata la 900#.È imperativo che il tecnico dello strumento trasmetta il requisito della flangia 900# al team di tubazioni il prima possibile.In un mondo perfetto, questa maggiore valutazione della flangia verrebbe contrassegnata dalla disciplina dello strumento ben prima che venga emessa qualsiasi richiesta di materiale dello strumento, come si può osservare da un po' di tempo trascorso analizzando l'elenco delle tubazioni.Se il problema di cui sopra dovesse cadere nel dimenticatoio durante la fase di progettazione, sarà necessaria una rielaborazione significativa per correggere questi errori (di cui può esserci un numero significativo) una volta che l'errore verrà alla luce durante la costruzione.In sostanza, questo errore di progettazione è un problema di comunicazione, ma date le ramificazioni per correggere l'installazione in loco, può essere uno dei più problematici.Indipendentemente dal potenziale di rilavorazione e riprogettazione, il declassamento dei materiali a temperature elevate è qualcosa di cui tutti gli ingegneri strumentali dovrebbero essere consapevoli in quanto può presentare notevoli problemi di sicurezza a temperature elevate.Questo problema può essere superato all'inizio delle fasi di progettazione di un progetto, ma come la stragrande maggioranza degli errori di ingegneria, la scarsa comunicazione e il lavoro "in silo" sono alla radice della causa del problema.Per la mia limitata esperienza, ho visto abbastanza frequentemente questi due errori:1. Mancanza di facilità d'uso da parte dell'operatore per l'impostazione dei componenti del circuito di controllo inverso/diretto quando si tratta di una valvola di controllo in caso di guasto aperto (FO) (aria per chiudere).Sebbene le impostazioni possano essere corrette (raggiungendo il ciclo di controllo del feedback negativo finale), non è necessariamente intuitivo.Per una visualizzazione intuitiva per l'operatore nella sala di controllo, il comando del segnale di uscita del controller (CO) alla valvola di controllo deve essere allineato con la posizione della valvola: 0% e 100% CO rappresentano rispettivamente una posizione della valvola chiusa e completamente aperta.Per il loop di controllo con valvola FO, di solito vediamo il contrario, per cui il controller è configurato in modo tale che la sua indicazione CO sull'interfaccia uomo-macchina (HMI)/grafica DCS non sia allineata con la posizione della valvola.Ad esempio, 20% CO significa comandare alla valvola di essere aperta all'80%.Nel caso in cui sia richiesto l'intervento di un operatore, quando si richiede che la valvola sia completamente chiusa, l'operatore può aprire completamente la valvola se accidentalmente digita un CO dello 0%.Esistono molte ottime linee guida scritte su come configurare correttamente le azioni del controller, come l'Appendice C Lista di controllo per le funzionalità del controller PID da 101 suggerimenti per una carriera di automazione di successo, Tabella 1 di Good Tuning: A Pocket Guide Fourth Edition e altri (vorrei usa anche semplici guide di Harold Wade).Affinché un ciclo di controllo a feedback negativo funzioni, deve esserci un numero dispari di inversioni di segno attorno al ciclo.Usiamo il circuito di controllo del flusso usando una valvola FO (aria per chiudere) come esempio.Il processo di flusso è naturalmente diretto.Per ottenere un controllo di feedback negativo, il ciclo può essere configurato come da Figura 2. Poiché abbiamo un'inversione di segno (numero dispari), il ciclo funzionerà.Con solo l'elemento della valvola invertito (aumento-chiusura), il resto dei componenti del loop può essere impostato come diretto.Questa configurazione, tuttavia, non è così intuitiva per gli operatori.Per un approccio intuitivo, il loop può essere configurato con un'ulteriore inversione di segno nel controller e nel blocco AO.Infine, abbiamo tre inversioni di segno che funzionano ancora poiché abbiamo un numero dispari.Meglio ancora, il nostro CO ora si allinea con la posizione della valvola (vedi Figura 3).Si noti che invece di un blocco AO, l'impostazione dell'inversione può essere eseguita anche sul posizionatore.Tuttavia, questo non è consigliabile in quanto questa impostazione potrebbe potenzialmente andare persa quando qualcun altro sostituisce/aggiorna il posizionatore in un secondo momento.2. Configurazione errata dello schema di controllo dell'overrideInvece di utilizzare i normali selettori alto/basso sull'uscita dei controller, alcuni configuratori DCS fraintendono configurando una logica condizionale non necessaria che non funziona.La figura 4 è l'implementazione errata che ho visto per il controllo di override.Il più delle volte, il selettore viene forzato manualmente dall'operatore solo in una posizione selezionata.Questo errore potrebbe essere dovuto a una mancanza di comprensione su come funziona il controllo di override.La figura 5 mostra l'implementazione corretta.