Aquest document detalla la importància i els mètodes de diagnòstic per als instruments de captació d'informació en sistemes d'automatització, amb un èmfasi particular en l'entorn marítim. Es descriuen les fallades comunes com errors de mesura, soroll, fallades mecàniques, elèctriques i ambientals. S'expliquen els mètodes de diagnòstic predictiu (monitorització de condicions, IA), preventiu (calibració, inspeccions) i correctiu (resolució de problemes, mesura de senyals). També s'aborden les eines de calibració i els sistemes de diagnòstic integrats a bord dels vaixells.
Estructura del tema
Introducció al Diagnòstic en Sistemes de Captació d'Informació
Importància del Diagnòstic en Entorns Marítims
Tipus de Fallades Comunes en Instruments de Captació
Mètodes de Diagnòstic
Eines i Tècniques de Calibració
Sistemes de Diagnòstic a Bord (Integrats)
Cas Pràctic: Diagnòstic d'un Sensor de Pressió de Combustible
Desarrollo del tema
## Establiments de Diagnòstics d'Instruments de Captació d'Informació
### 1. Introducció al Diagnòstic en Sistemes de Captació d'Informació
En qualsevol sistema d'automatització, la fiabilitat dels instruments de captació d'informació és primordial. Aquests instruments (sensors, detectors, transductors, convertidors i transmissors) són els ulls i les orelles del sistema, i qualsevol fallada o desviació en el seu funcionament pot tenir conseqüències greus, des d'una pèrdua d'eficiència fins a situacions de perill. El diagnòstic d'aquests instruments és el procés de determinar la seva salut operativa, identificar errors, predir possibles fallades i, en última instància, assegurar la precisió i la fiabilitat de les dades que proporcionen. Aquest capítol examinarà la importància del diagnòstic, les fallades comunes, els mètodes de diagnòstic (predictiu, preventiu i correctiu), les eines de calibració i els sistemes de diagnòstic integrats, amb un enfocament particular en l'entorn marítim.
### 2. Importància del Diagnòstic en Entorns Marítims
L'entorn marítim és especialment exigent per a la instrumentació. Les dures condicions (vibracions, canvis de temperatura, humitat elevada, salinitat, corrosió) fan que els instruments siguin propensos a la degradació i fallades. Un diagnòstic efectiu és crucial per diverses raons:
* **Seguretat:** Una lectura incorrecta d'un sensor de pressió de caldera, nivell de sentina o detecció de gas pot portar a accidents greus, incendis, explosions o inundacions. El diagnòstic assegura que els sistemes de seguretat funcionin correctament.
* **Eficiència Operativa:** La precisió en la mesura de cabal de combustible, pressió d'injecció o temperatura de refrigeració optimitza el rendiment del motor i redueix el consum, amb l'estalvi econòmic i ambiental associat.
* **Prevenció de Fallades Costoses:** Identificar problemes abans que es converteixin en fallades catastròfiques permet planificar reparacions o reemplaçaments, evitant temps d'inactivitat no programats i costos de manteniment d'emergència.
* **Compliment Normatiu:** Les societats de classificació i les regulacions internacionals (IMO, SOLAS, MARPOL) exigeixen que els sistemes de monitorització i control siguin fiables i estiguin calibrats regularment. Un diagnòstic documentat és fonamental per a les auditories i inspeccions.
* **Prolongació de la Vida Útil dels Equips:** Un manteniment i diagnòstic adequats poden estendre significativament la vida útil dels instruments i dels equips associats.
### 3. Tipus de Fallades Comunes en Instruments de Captació
La varietat de fallades que poden experimentar els instruments és àmplia. Comprendre-les és el primer pas per a un diagnòstic eficaç.
* **Errors de Mesura:**
* **Precisió:** La mesura obtinguda no s'ajusta al valor real de la magnitud.
* **Linealitat:** La relació entre la magnitud d'entrada i la de sortida no és constant en tot el rang.
* **Histèresi:** La lectura del sensor varia segons si la magnitud mesurada ha augmentat o ha disminuït per arribar al valor actual.
* **Repetibilitat:** El sensor no dóna la mateixa lectura quan es mesura la mateixa magnitud diverses vegades sota les mateixes condicions.
* **Offset o Deriva del Zero:** La lectura del sensor quan la magnitud mesurada és zero no és zero. Pot ser degut a l'envelliment o factors ambientals.
* **Deriva del Rang (Span Drift):** El pendent de la corba de calibració canvia, afectant la mesura en tot el rang.
* **Soroll i Interferències:**
* **Soroll elèctric:** Senyals no desitjats superposats al senyal de mesura, causats per components electrònics interns o fonts externes (motors, equips de ràdio, transformadors).
* **Interferències electromagnètiques (EMI/RFI):** Pertorbacions generades per camps electromagnètics que afecten la transmissió del senyal.
* **Fallades Mecàniques:**
* **Desgast o Fatiga:** Parts mòbils (e.g., en sensors de cabal de turbina o flotadors de nivell) que es desgasten amb el temps.
* **Bloqueig o Obstrucció:** Acumulació de sediments, brutícia o corrosió en els ports de pressió, capil·lars o elements sensibles.
* **Vibracions o Impactes:** Poden causar desalineació, trencament de connexions internes o dany als elements sensibles.
* **Fugues:** En sensors de pressió o nivell que impliquen fluids, una fuga pot alterar la lectura.
* **Fallades Elèctriques/Electròniques:**
* **Connexions Afluixes o Corroïdes:** Punts de connexió que s'oxiden o es desconnecten, causant senyals intermitents o oberts.
* **Cortcircuits:** Dins de l'instrument o en el cablejat.
* **Components Defectuosos:** Resistències, condensadors, transistors o circuits integrats que fallen.
* **Pèrdua d'Alimentació:** Fallada de la font d'alimentació o interrupció del subministrament elèctric al sensor.
* **Circuit Obert:** Especialment comú en termoparells o RTD, on un cable es trenca i el circuit es tanca.
* **Corrosió i Degradació Ambiental:**
* L'ambient marí és extremadament corrosiu. La sal, la humitat i els contaminants poden atacar els materials de l'instrument i el cablejat, afectant l'integritat dels segells i les connexions.
* **Ingrés d'aigua/humitat:** Poden causar cortcircuits o fallades en l'electrònica.
### 4. Mètodes de Diagnòstic
El diagnòstic es pot classificar en predictiu, preventiu i correctiu, cadascun amb un paper vital en el manteniment dels instruments.
#### 4.1. Diagnòstic Predictiu (Manteniment Basat en la Condició - CBM)
Consisteix en monitoritzar la condició dels equips per detectar signes d'un possible error abans que es produeixi. L'objectiu és reemplaçar o reparar l'instrument just abans que falli, optimitzant la seva vida útil i minimitzant el temps d'inactivitat.
* **Monitorització de Condicions (Condition Monitoring):**
* **Anàlisi de Tendències:** Recopilar dades de les lectures dels instruments al llarg del temps (temperatura, pressió, corrent de sortida, etc.) i analitzar els seus patrons. Una deriva lenta però constant del valor de zero o del rang pot indicar envelliment o contaminació.
* **Anàlisi de Vibracions:** En instruments amb parts mòbils o muntats en equips vibratoris, els canvis en l'espectre de vibració poden indicar desgast o desalineació.
* **Anàlisi de Corrent/Voltatge:** Monitoritzar el consum de corrent del sensor/transmissor. Variacions anormals poden indicar un problema elèctric intern.
* **Anàlisi Acústica:** Detecció de sorolls anormals (xiulets, grinyols) en certs instruments.
* **Ús d'Algoritmes i Intel·ligència Artificial (IA):**
* Algoritmes de Machine Learning poden analitzar grans volums de dades de sensors per identificar anomalies que un humà podria passar per alt.
* Models predictius poden estimar el temps restant fins a una fallada basant-se en dades històriques i de condició actual.
* Integració amb sistemes de gestió d'actius per a la planificació automatitzada del manteniment.
#### 4.2. Diagnòstic Preventiu (Manteniment Programat)
Es basa en realitzar tasques de manteniment a intervals predefinits, independentment de la condició real de l'instrument. L'objectiu és prevenir fallades mitjançant la cura regular i la substitució de peces amb una vida útil coneguda.
* **Calibració Regular i Verificació:**
* La calibració és el procés d'ajustar la sortida d'un instrument per assegurar que mesura amb precisió dins d'un rang acceptable. La verificació és la comprovació que l'instrument funciona dins de les toleràncies especificades sense fer ajustos. Es realitza a intervals definits (anuals, semestrals) o segons hores de funcionament.
* Un instrument ha de ser calibrat respecte a un estàndard de referència conegut.
* **Inspeccions Visuals i Neteja:**
* Revisar l'estat físic de l'instrument, el cablejat, les connexions, els segells i els muntatges.
* Netejar qualsevol acumulació de brutícia, corrosió o sediments que puguin afectar el funcionament.
* Comprovar la presència de danys per vibració o impacte.
* **Reemplaçament Programat de Components:** Algunes peces o instruments sencers poden tenir una vida útil limitada i es reemplacen proactivament abans que fallin.
#### 4.3. Diagnòstic Correctiu (Troubleshooting)
Aquest mètode es realitza una vegada que ja s'ha detectat una fallada o un comportament anòmal. L'objectiu és localitzar i reparar la causa del problema tan ràpidament com sigui possible.
* **Detecció de Símptomes:**
* Alarmes del sistema de control (DCS, PLC) o monitorització.
* Lectures errònies o inconsistents en panells o pantalles.
* Comportament inestable del sistema controlat.
* Indicacions visuals o sonores d'un problema.
* **Verificació de Connexions i Cablejat:**
* Comprovar la integritat dels cables, la correcta connexió als terminals i l'absència de corrosió o curtcircuits.
* Utilitzar un multímetre per verificar la continuïtat del circuit i l'absència de curtcircuits a terra.
* **Mesura de Senyals:**
* **Multímetre:** Per mesurar voltatge, corrent, resistència en els terminals del sensor i en els punts d'entrada/sortida del sistema de control.
* **Oscil·loscopi:** Per analitzar la forma d'ona del senyal, detectar soroll, pulsacions o senyals intermitents, especialment útil per a senyals ràpids o protocols de comunicació.
* **Calibradors de Procés:** Generen senyals coneguts per simular la sortida d'un sensor i comprovar la resposta del sistema de control, o mesuren la sortida real del sensor.
* **Test de Components:**
* Provar els components individuals (resistències, diodes, etc.) dins de l'instrument o el seu condicionador de senyal.
* En el cas de RTD o termoparells, mesurar la resistència o el voltatge generat directament.
* **Ús de Diagrames Elèctrics i Manuals:**
* Els esquemes elèctrics i els diagrames de bucle són fonamentals per seguir el camí del senyal i identificar possibles punts de fallada.
* Els manuals de l'instrument proporcionen informació sobre rangs de funcionament, connexions, procediments de calibració i seccions de resolució de problemes.
### 5. Eines i Tècniques de Calibració
La calibració és un pilar fonamental del diagnòstic i manteniment preventiu.
* **Calibradors de Procés:**
* **Calibradors de Pressió:** Permeten generar pressions conegudes per calibrar sensors de pressió. Poden ser manuals, pneumàtics o hidràulics.
* **Calibradors de Temperatura:** Simulen o mesuren temperatures amb alta precisió, utilitzats per a termoparells, RTD i termistors.
* **Calibradors de Corrent/Voltatge:** Generen i mesuren senyals de 4-20mA o 0-10V per a transmissors i controladors.
* **Bancs de Calibració:** Estacions de treball completes equipades amb calibradors, fonts de referència, programari i eines per realitzar calibracions complexes.
* **Estàndards de Referència:** Instruments de mesura amb una precisió molt superior a la de l'instrument a calibrar, traçables a estàndards nacionals o internacionals.
* **Programari de Calibració:** Sistemes que automatitzen el procés de calibració, registren resultats, generen certificats i gestionen l'historial de calibracions.
* **Certificació i Traçabilitat:** Cada calibració ha de ser documentada amb un certificat que inclou els resultats 'as found' (com es va trobar), 'as left' (com es va deixar), els estàndards utilitzats i la seva traçabilitat metrològica. Això és vital per a les auditories marítimes.
### 6. Sistemes de Diagnòstic a Bord (Integrats)
Els vaixells moderns incorporen sistemes automatitzats que faciliten el diagnòstic continu dels instruments.
* **Sistemes de Gestió d'Alarmes:** Els PLCs i DCS monitoritzen constantment les lectures dels sensors. Quan una lectura excedeix un llindar predefinit o entra en un rang anormal, el sistema genera una alarma. Un bon disseny d'alarmes és crucial per a la priorització i la resposta.
* **Sistemes de Monitorització de Rendiment (PMS - Performance Monitoring Systems):** Recullen i analitzen dades de múltiples sensors per avaluar el rendiment global d'equips (motors, calderes, sistemes de propulsió). Les desviacions del rendiment òptim poden indicar fallades en sensors o actuadors.
* **Comunicació amb Protocols Intel·ligents (HART, Fieldbus):** Els instruments que utilitzen aquests protocols poden transmetre dades de diagnòstic addicionals (temperatura interna del sensor, hores de funcionament, errors de comunicació, estat de calibració) al sistema de control, permetent un diagnòstic remot i més profund.
* **Diagnòstic Automàtic Integrat en PLCs/DCS:** Molts controladors programables tenen funcions de diagnòstic incorporades que poden verificar la integritat de les entrades/sortides, detectar circuits oberts o curts, i alertar sobre errors de mòdul.
### 7. Cas Pràctic: Diagnòstic d'un Sensor de Pressió de Combustible
Suposem que un sistema de gestió de motor informa d'una pressió de combustible constantment baixa, fins i tot quan la bomba està funcionant correctament.
1. **Símptomes:** Alarma de "Pressió de Combustible Baixa", consum de combustible elevat o rendiment del motor reduït.
2. **Verificació Visual:** Inspeccionar el sensor de pressió, les connexions, el cablejat per detectar danys físics, corrosió o fuites.
3. **Verificació Elèctrica:**
* Mesurar el voltatge d'alimentació al sensor (ha de ser constant).
* Desconnectar el sensor i mesurar el corrent o voltatge de sortida directament al sensor amb un multímetre. Si és un transmissor de 4-20mA, hauria de donar 4mA amb pressió zero o simulada.
* Mesurar el senyal al punt d'entrada del PLC/DCS per comprovar si hi ha caiguda de tensió o soroll en el cablejat.
4. **Calibració/Verificació:**
* Connectar un calibrador de pressió al port del sensor i aplicar una pressió coneguda (e.g., 25%, 50%, 75%, 100% del rang).
* Comparar la lectura del sensor amb la pressió aplicada i amb la lectura del sistema de control.
* Si la lectura del sensor és constantment baixa en comparació amb el calibrador, el sensor té una deriva o offset negatiu. Si la desviació augmenta amb la pressió, té un error de rang.
5. **Anàlisi de Dades Històriques:** Revisar l'historial de lectures del sensor. Una deriva gradual indicaria envelliment, mentre que un canvi sobtat podria suggerir un dany o bloqueig.
6. **Acció Correctiva:**
* Si les connexions estan soltes o corroïdes, netejar i estrènyer.
* Si el sensor té una deriva lleu, recalibrar-lo.
* Si la fallada és significativa o el sensor està danyat, substituir-lo.
Un enfocament sistemàtic en el diagnòstic és clau per mantenir la integritat dels instruments i l'operació fiable del vaixell.
Estudia este tema con OPOSGRATIS
Has leído el desarrollo del tema. Para consolidar tu aprendizaje, estudia las flashcards asociadas con repetición espaciada (algoritmo SM-2), realiza simulacros de examen, y practica el supuesto práctico. Todo gratis y sin registro previo.
