Marzo 2014
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Automazione e Strumentazione
PROCESSO
tecnica
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la valvola operante in
modalità a vuoto
(Travel Mode) e in
modalità di controllo
(Control Mode). In Control Mode il loop
FC può agire direttamente sulla valvola
oppure un
loop LC
agisce in cascata sul
loop FC. Le acquisizioni di dati sono state
caratterizzate dall’introduzione di anoma-
lie alla valvola o di perturbazioni esterne,
dapprima nel loop operante in condizioni
stazionarie (a Set Point costante) e poi
ripetute applicando variazioni a gradino al
SP di portata.
Per prima cosa, sono state caratterizzate
qualitativamente le diverse risposte in
termini di variabili del loop e dell’attua-
tore (OP, PV; MV, DS, P) a fronte di un
cambiamento di SP, per le prove nominali
e per le prove in condizione di malfun-
zionamento (dettagli in
[11]
). La dispo-
nibilità della MV permette di introdurre
una variabile chiave: l’
errore di posizione
(TD, Travel Deviation), cioè la differenza
tra la posizione reale e la posizione desi-
derata dello stelo (TD = MV-OP). La TD
è la variabile più immediata per una prima
distinzione tra i diversi fenomeni. Nella
υ
figura 3
sono mostrati gli andamenti
tipici della TD nel caso nominale e in pre-
senza dei diversi malfunzionamenti.
Possono essere formulate le seguenti osser-
vazioni qualitative. Nel caso nominale la
TD ha un valore medio prossimo allo zero
e presenta solamente picchi di ampiezza
modesta in corrispondenza delle varia-
zioni del SP. Pertanto, può essere facil-
mente definita una
banda di accettabilità
(TDlim). L’attrito dinamico
(jamming) si
presenta molto simile al caso nominale e
quindi risulta difficile da rilevare con pre-
cisione. La perdita d’aria determina un
netto spostamento verso il basso del valore
medio della TD, che staziona a lungo fuori
dalla banda di accettabilità. Il malfunzio-
namento del convertitore E/P manife-
sta un comportamento molto simile alla
perdita d’aria. L’attrito statico produce
oscillazioni persistenti, anche quando il
SP è costante e viene spesso oltrepassata
la banda di accettabilità. Le oscillazioni
sulla TD possono essere causate anche
dalla presenza di disturbi periodici (o da
un regolatore con tuning aggressivo) ma,
in questo caso, le ampiezze dei picchi di
oscillazione sono molto piccole perché la
MV tende a seguire la OP. Tale differenza
permette quindi di escludere la presenza
di attrito statico. È importante considerare
che queste osservazioni sono abbastanza
generali poiché riguardano malfunzio-
namenti sui singoli componenti del loop
di controllo. Il loro aspetto non è quindi
influenzato dalle diverse caratteristiche
del processo, sia esso di natura chimica o
fisica.
Nuova logica di diagnostica
L’analisi automatica dell’attuatore si è
basata proprio sull’errore di posizione della
valvola. La metodologia è stata convali-
data complessivamente su oltre 50 set di
dati. Sulla base di semplici metriche della
TD, sono stati adottati sei indici chiave di
prestazione (KPI)
[12]
. Questi indici con-
sentono una valutazione quantitativa dei
diversi comportamenti nei casi nominali
e in quelli caratterizzati da malfunziona-
menti o perturbazioni.
In seguito è stata eseguita un’attenta
calibrazione dei valori di soglia dei KPI
dell’attuatore e di alcuni parametri addizio-
nali (fra cui la banda TDlim). La calibra-
zione delle soglie consente di discriminare
il comportamento nominale e consente di
riconoscere i diversi malfunzionamenti. È
stato testato un ampio range di variazione
dei parametri e, di conseguenza, sono
stati calcolati i valori assunti dai KPI. Per
ragioni di brevità, non sono riportati questi
risultati. Ovviamente, i valori di calibra-
zione delle soglie possono dipendere dagli
specifici dispositivi presenti nel loop; inol-
tre, in vista di una applicazione del sistema
su scala industriale, sono da correlare con
il livello di prestazione accettabile proprio
degli operatori di sala controllo. Pertanto,
i valori di soglia possono variare nelle
diverse applicazioni, ma gli andamenti
qualitativi della
υ
figura 3
rimangono
complessivamente inalterati.
I valori calibrati per i KPI degli attuatori di
Idrolab e la sintesi della logica che deter-
mina lo stato dell’attuatore sono riportati
in
[12]
. A ciascun indice è associata una
o più anomalie della valvola. Di seguito
si danno alcuni richiami: l’attrito statico è
prontamente rilevabile; la perdita d’aria e
il malfunzionamento del convertitore E/P
non sono chiaramente separabili; l’attrito
dinamico non sembra rilevabile attra-
verso la TD. Va osservato che questo tipo
di approccio ignora la situazione in cui si
verifichino simultaneamente due o più
guasti, fatto che potrebbe accadere nella
pratica. Questo scenario è tuttora oggetto
di ricerca e sperimentazione.
Ovviamente, per verificare l’affidabilità
della diagnosi sono necessarie convalide
e conferme da parte degli operatori degli
impianti: ciò è stato fatto nel periodo suc-
cessivo all’implementazione del sistema
e ha portato ad aggiustamenti minori dei
parametri. La nuova logica di diagnostica
Figura 3 - Andamenti della TD per il caso nominale e per differenti malfunzionamenti
υ
