Система управления технологическим процессом

Система управления технологическим процессом

Процесс в широком смысле определяется как операция, использующая ресурсы для преобразования входных данных в выходные. Это ресурс, который обеспечивает необходимую энергию для процесса преобразования. В контексте отрасли термин «процесс», используемый в термине «управление технологическим процессом», относится к методам изменения и очистки сырья, которое остается в твердом, жидком, газообразном, жидком или суспензионном состоянии, для создания конечных продуктов указанные свойства. Сырье во время процесса перемещают, измеряют, смешивают, нагревают или охлаждают, фильтруют, хранят или обрабатывают таким образом, чтобы получить желаемый результат. Во время процесса сырье подвергается физическим и химическим изменениям для превращения в конечные продукты. Обычно в отрасли используется ряд процессов, каждый из которых демонстрирует определенное динамическое (изменяющееся во времени) поведение, определяющее трансформацию. Динамическое поведение определяется физическими и химическими свойствами исходных материалов, ресурса и самого процесса.

Управление процессом относится к методам, которые используются для контроля переменных процесса или процессов, используемых при производстве продукта. Это акт управления конечным элементом управления для изменения регулируемой переменной для поддержания переменной процесса на желаемом заданном уровне. Эти переменные могут находиться на входах процесса, в параметрах процесса и на выходе процесса. Управление процессом осуществляется для снижения его изменчивости для получения целевого качества продукции, повышения производительности, повышения эффективности процесса, содействия защите окружающей среды и обеспечения безопасности людей и оборудования, задействованных в процессе.

Следствием управления процессом является то, что управляемый процесс должен вести себя предсказуемым образом. На заданное изменение регулируемой переменной переменная процесса должна реагировать предсказуемым и последовательным образом.

Система управления технологическим процессом преследует следующие цели.

• Система управления технологическим процессом играет центральную роль в поддержании качества продукции. Система управления технологическим процессом поддерживает параметры процесса в узких пределах для получения продукции с согласованными характеристиками. Без контроля процесса качество продукта может измениться, и продукт может быть отклонен.
• Система управления технологическим процессом предназначена для обеспечения безопасности персонала, оборудования и окружающей среды.
• Система управления технологическим процессом должна соответствовать и максимизировать производительность оборудования и, следовательно, производство.
• Система управления технологическим процессом также должна обеспечивать, чтобы потребление сырья, энергии и коммунальных услуг оставалось в пределах установленных норм расхода для процесса.
• Система управления технологическим процессом также необходима для того, чтобы контролировать себестоимость продукции, преодолевая ограничения, налагаемые на процесс окружающей средой. Контроль затрат должен осуществляться без ущерба для безопасности и качества продукции.

Чтобы получить желаемый результат, процесс должен работать в рамках заданных параметров. Процесс считается стабильно работающим, если он работает в заданном диапазоне заданных параметров. Однако в процессе эксплуатации возможны отклонения от заданных параметров. Эти отклонения называются нарушениями. Нарушения возникают из-за неконтролируемых изменений входных параметров процесса, которыми могут быть условия подачи, давление или температура подачи в сеть, активность катализатора, эффективность теплопередачи и т. д. Когда в процессе возникают нарушения, возникают отклонения в переменных процесса, после чего процесс становится нестабильным .

Промышленные процессы обычно динамичны по своей природе, и, следовательно, система управления технологическим процессом обычно выполняет двойную задачу. Через систему управления технологическим процессом оператор (i) отслеживает определенные показатели состояния процесса и (ii) вызывает изменения в соответствующих переменных для улучшения условий процесса. Управление осуществляется для поддержания желаемых условий в технологической системе путем корректировки выбранных переменных в технологической системе. Конкретное значение или диапазон используется в качестве желаемого значения для регулируемой переменной. Всегда лучше использовать самую простую систему управления, которая может достичь желаемых целей. Дизайн процесса определяет, как он будет реагировать динамически и как им можно управлять.

Процесс обычно имеет следующие четыре типа переменных.

• Входные переменные — это те переменные, которые независимо стимулируют систему процесса и тем самым вызывают изменение внутренних условий процесса. Эти переменные могут быть переменными, которыми управляют, или могут быть переменными возмущения.
• Выходные переменные — это те переменные, с помощью которых оператор получает информацию о внутреннем состоянии процесса.
• Управляющие переменные — это те переменные, которые используются оператором для управления процессом, чтобы держать процесс под контролем.
• Переменные состояния. Это минимальный набор переменных, необходимых для полного описания внутреннего состояния (или условия) процесса.

Оператор должен контролировать процесс, чтобы гарантировать, что процесс работает в стабильном состоянии и дает желаемый результат. Для мониторинга измеряются условия (параметры процесса) технологической системы. Для этого оператор должен зависеть от инструментов. Далее каждая система имеет контрольный расчет, который также называется алгоритмом. Результаты расчета реализуются для корректной работы процесса. Инструментами, используемыми для управления технологическим процессом, могут быть датчики, преобразователи, контроллеры и исполнительные элементы управления.

• Датчики — это те приборы, которые выполняют функции зрения, слуха и т. д. Эти приборы измеряют температуру, уровень, расход, состав и т. д. Это термопары, измерители перепада давления, газоанализаторы и т. д.
• Передатчики похожи на нейроны. Они передают сигналы, такие как воздушные сигналы, электрические сигналы и т. д.
• Контроллеры — контроллеры выполняют функцию мозга. Контроллеры могут быть пневматическими, электронными или цифровыми компьютерами.
• Конечный элемент управления – выполняет функцию мышц. Это регулирующая арматура, насосы, компрессоры, конвейеры, релейные выключатели и т. д.

Блок-схема, показывающая различные элементы управления, представлена ​​на рис. 1

Рис. 1. Блок-схема, показывающая различные элементы управления

Есть две основные причины контроля. Первая причина для управления состоит в том, чтобы поддерживать измеряемую переменную на ее желаемом значении, когда возникают возмущения. Второй причиной управления является реагирование на изменения желаемых значений параметров процесса. Желаемые значения — это те значения, которые необходимы для того, чтобы процесс работал в стабильной форме для производства определенного продукта экономичным и безопасным способом без неблагоприятного воздействия на окружающую среду.

Конструкция завода и оборудования сильно влияет на деятельность по управлению технологическим процессом. Также важно, чтобы процесс обеспечивал хорошие динамические характеристики. Необходимо, чтобы все приборы и испытательное оборудование периодически и правильно калибровались. Калибровка приборов и испытательного оборудования должна осуществляться в соответствии с национальными стандартами. Датчики должны быть точными и быстродействующими, а их производительность должна соответствовать требованиям оборудования и процесса. Управление процессом может осуществляться как вручную, так и автоматически с помощью необходимых контрольно-измерительных приборов. Большинство автоматических элементов управления реализуются с помощью электронного оборудования, которое использует уровни тока или напряжения для представления значений, которые должны быть переданы.

Для хорошего управления технологическим процессом необходимо, чтобы система была отзывчивой и возникало лишь небольшое количество возмущений. В быстродействующей системе управления технологическим процессом контролируемые переменные быстро реагируют на корректировку управляемых переменных. В такой системе снижается и частота возмущений. Следует помнить, что оператор может управлять параметром только в том случае, если он измерен, поэтому расположение и выбор датчиков очень важны. Датчики должны измерять переменные быстро, надежно и с достаточной точностью.