Marzo 2014
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Automazione e Strumentazione
PROCESSO
tecnica
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è basata sulla definizione di tre
gradi di performance dell’attua-
tore: 1) Good - nessun problema;
2) Alert - deterioramento inci-
piente; 3) Bad - scarsa efficienza.
Viene inoltre indicata la causa
di malfunzionamento quando la
prestazione è considerata non
accettabile (livello 2 o 3). Il ver-
detto di Stato dell’attuatore si
basa sugli indici KPI confrontati
con i valori di soglia. Il sistema
permette di diagnosticare tre
cause di malfunzionamento
dell’attuatore: Stiction (indivi-
duabile singolarmente); Perdita
d’aria o malfunzionamento al
convertitore E/P (diagnosticati
soltanto insieme); Malfunziona-
mento generico (comprendente
tutte le cause non direttamente
riconoscibili ma responsabili di
un guasto).
La logica proposta è stata inclusa nel
nuovo sistema di monitoraggio delle pre-
stazioni (PCU_4). La
υ
figura 4
mostra
l’architettura del sistema. La disponibilità
della MV (e quindi della TD) permette di
valutare i KPI dell’attuatore e di attivare
il nuovo percorso di analisi e diagno-
stica (modulo Act_AIM). Questo modulo
emette un verdetto di Stato e diagnostica le
cause di malfunzionamento.
Nella precedente PCU (PCU_3) l’unico
percorso di analisi era orientato alla dia-
gnostica del loop (ora indicato come
Loop_AIM) e serviva per rilevare la pre-
senza di disturbi esterni o problemi di
tuning. Le anomalie delle valvole veni-
vano rilevate solo indirettamente e sempre
classificate come attrito statico. Nono-
stante questa limitazione, il sistema opera
da anni su impianti di raffineria, supervi-
sionando oltre 1200 loop; maggiori detta-
gli sui diversi moduli della PCU_3 si tro-
vano in
[10]
e
[13]
. Nella PCU_4, l’ana-
lisi del loop si attiva in seguito all’analisi
dell’attuatore e vengono eseguiti test più
accurati, in grado di distinguere le diverse
cause sull’attuatore.
In
[12]
sono messi a confronto i risultati
delle due versioni del sistema PCU appli-
cate alle prove sperimentali effettuate su
Idrolab. Come osservazione complessiva,
emerge chiaramente che la MV (e la TD)
permette una diagnosi più accurata di
quella basata solamente su OP e PV. L’a-
nalisi dell’attuatore della PCU_4 permette
di riconoscere guasti che altrimenti rimar-
rebbero nascosti dalla dinamica del loop.
Successive sperimentazioni, basate sull’a-
nalisi dei segnali DS e P, hanno consentito
di diagnosticare ulteriormente i malfun-
zionamenti dell’attuatore. In questo caso,
è stato possibile separare la perdita d’a-
ria e il malfunzionamento E/P. Sono stati
condotti esperimenti a livello di impianto
pilota, in un range meno esteso di con-
dizioni operative e sono stati proposti
quattro indici KPI addizionali. Di con-
seguenza, è stata proposta una specifica
struttura del programma: PCU_6, con sei
variabili e dieci indici. Questa attività di
ricerca è tutt’ora in corso, grazie alla col-
laborazione con Enel & Clui-Exera, ma
necessita di dati industriali per una conva-
lida completa.
Convalida su un impianto
industriale
La convalida del sistema PCU_4, basato
sulle quattro variabili SP, PV, OP, MV
(ovvero TD), è stata effettuata installando
il sistema su una centrale termoelettrica a
ciclo combinato costituita da quattro unità
di produzione da 370 MWe ciascuna. I
gruppi elettrici esaminati sono composti da
una turbina a gas, uno scambiatore a recu-
pero di calore ed una turbina a vapore. La
regolazione viene eseguita attraverso val-
vole pneumatiche con posizionatore.
Il sistema operante in linea è stato arric-
chito con un modulo complementare
(denominato PCU_4_GUI), che esegue la
pianificazione delle operazioni, acquisisce
e analizza i dati dal DCS tramite server
OPC, emette verdetti di diagnostica e con-
sente la visualizzazione dei risultati su una
interfaccia grafica. Nella fase di convalida
in campo, 28 loop - considerati critici dagli
operatori - sono stati configurati e analiz-
zati per alcuni mesi.
Come primo risultato, il sistema ha per-
messo di valutare: 21 loop con buone pre-
stazioni e 7 con prestazioni scadenti (di cui
2 affetti da disturbi esterni e 5 da problemi
di tuning); 19 valvole con buone presta-
zioni e 9 affette da stiction.
Per esempio, gli attuatori per il controllo
del livello dei corpi cilindrici ad alta pres-
sione (HP) sono stati costantemente dia-
gnosticati in attrito. Questi problemi sono
stati confermati in seguito dagli operatori,
che durante la manutenzione, avevano
osservato evidenti segni di usura delle val-
vole. La
υ
figura 5
mostra gli andamenti
nel tempo per due diversi loop: un loop LC
del corpo cilindrico HP e un loop TC per
l’unità di preriscaldamento del metano.
Il loop LC mostra chiaramente una valvola
affetta da attrito. La TD è particolarmente
Figura 5 - Andamenti nel tempo per: (sinistra) loop LC con attrito nella valvola; (destra) loop TC con buona
prestazione
Figura 4 - Rappresentazione schematica della PCU_4 (MV e TD
disponibili)
