Procesbesturingssysteem

Procesbesturingssysteem

Een proces wordt in het algemeen gedefinieerd als een operatie die middelen gebruikt om inputs om te zetten in outputs. Het is de hulpbron die de benodigde energie levert aan het proces om de transformatie te laten plaatsvinden. In de context van een industrie verwijst de term 'proces' zoals gebruikt in de term 'procescontrole' naar de methoden voor het veranderen en verfijnen van grondstoffen die in een vaste, vloeibare, gasvormige, vloeibare of slurrytoestand blijven om eindproducten van gespecificeerde eigenschappen. De grondstoffen worden tijdens het proces zodanig getransporteerd, gemeten, gemengd, verwarmd of gekoeld, gefilterd, opgeslagen of behandeld dat de gewenste output wordt verkregen. Tijdens het proces ondergaan de grondstoffen fysische en chemische veranderingen voor hun omzetting in het eindproduct. Normaal gesproken heeft een industrie een aantal processen waarbij elk proces een bepaald dynamisch (in de tijd variërend) gedrag vertoont dat de transformatie regelt. Het dynamische gedrag wordt bepaald door de fysische en chemische eigenschappen van de inputs, de hulpbron en het proces zelf.

Procesbeheersing verwijst naar de methoden die worden gebruikt voor het beheersen van de variabelen van het proces of de processen die worden gebruikt bij de vervaardiging van een product. Het is de handeling van het besturen van een laatste besturingselement om de gemanipuleerde variabele te veranderen om de procesvariabele op een gewenst instelpunt te houden. Deze variabelen kunnen in procesinvoer, in procesparameters en in procesuitvoer zitten. Controle van het proces wordt gedaan om de variabiliteit te verminderen voor het verkrijgen van een gerichte productkwaliteit, het verbeteren van de productiesnelheden, het verhogen van de efficiëntie van het proces, het vergemakkelijken van de bescherming van het milieu en het waarborgen van de veiligheid van de mensen en apparatuur die voor het proces worden gebruikt.

Een uitvloeisel van de procesbeheersing is dat een beheersbaar proces zich op een voorspelbare manier moet gedragen. Voor een gegeven verandering in de gemanipuleerde variabele moet de procesvariabele op een voorspelbare en consistente manier reageren.

Een procescontrolesysteem heeft de volgende doelstellingen.

• Procesbesturingssysteem staat centraal voor het behoud van de kwaliteit van het product. Het procesbesturingssysteem houdt de parameters van het proces binnen de nauwe grenzen om producten met consistente specificaties van het proces te verkrijgen. Zonder controle van het proces kan de kwaliteit van het product variëren en kan het product worden afgewezen.
• Procesbesturingssysteem is bedoeld om de veiligheid van personeel, apparatuur en omgeving te behouden.
• Het procesbesturingssysteem moet de productiviteit van de apparatuur en dus de productie halen en maximaliseren.
• Het procesbesturingssysteem moet er ook voor zorgen dat het verbruik van grondstoffen, energie en nutsvoorzieningen binnen de gespecificeerde verbruiksnormen voor het proces blijft.
• Er is ook een procesbesturingssysteem nodig om de productiekosten onder controle te houden en de beperkingen die door de omgeving aan het proces worden opgelegd te overwinnen. De kostenbeheersing moet worden bereikt zonder concessies te doen aan de veiligheid en productkwaliteit.

Om de gewenste output te geven, moet een proces binnen de ingestelde parameters werken. Er wordt gezegd dat het proces stabiel is als het binnen het gespecificeerde bereik van de ingestelde parameters werkt. Tijdens het proces kunnen er echter afwijkingen zijn van ingestelde parameters. Deze afwijkingen worden verstoringen genoemd. Verstoringen worden veroorzaakt door ongecontroleerde veranderingen in de procesingangen, zoals de voedingstoestand, de druk of temperatuur van de toevoer van het nutsbedrijf, de activiteit van de katalysator, de efficiëntie van de warmteoverdracht, enz. Wanneer een proces storingen ondervindt, zijn er afwijkingen in de procesvariabelen en wordt het proces onstabiel .

Industriële processen zijn normaal gesproken dynamisch van aard en daarom heeft een procesbesturingssysteem meestal tweeledige taken. Door middel van een procesbesturingssysteem (i) bewaakt een operator bepaalde procesconditie-indicatoren en (ii) brengt hij veranderingen in geschikte variabelen teweeg om de procescondities te verbeteren. Er wordt controle uitgeoefend om de gewenste omstandigheden in het processysteem te handhaven door geselecteerde variabelen in het processysteem aan te passen. Een specifieke waarde of bereik wordt gebruikt als de gewenste waarde voor de te regelen variabele. Het is altijd beter om het eenvoudigste controlesysteem te gebruiken dat de gewenste doelstellingen kan bereiken. Het ontwerp van een proces bepaalt hoe het dynamisch reageert en hoe het gestuurd kan worden.

Een proces heeft normaal gesproken de volgende vier soorten variabelen.

• Invoervariabelen – Dit zijn die variabelen die onafhankelijk het processysteem stimuleren en daardoor veranderingen in de interne omstandigheden van het proces veroorzaken. Deze variabelen kunnen gemanipuleerde variabelen zijn of kunnen verstoringsvariabelen zijn.
• Uitvoervariabelen – Dit zijn die variabelen waarmee een operator informatie verkrijgt over de interne status van het proces.
• Besturingsvariabelen – Dit zijn die variabelen die door de operator worden gebruikt voor manipulatie om het proces onder controle te houden.
• Statusvariabelen – Dit is de minimale set variabelen die essentieel zijn voor het volledig beschrijven van de interne toestand (of toestand) van een proces.

Het proces moet worden gecontroleerd door de operator om ervoor te zorgen dat het proces in de stabiele toestand werkt en de gewenste output geeft. Voor monitoring worden de condities (procesparameters) van het processysteem gemeten. Voor deze operator is afhankelijk van instrumenten. Verder heeft elk systeem een ​​regelberekening die ook wel algoritme wordt genoemd. De resultaten van de berekening worden geïmplementeerd om het proces correct te laten functioneren. De instrumenten die worden gebruikt voor het regelen van een proces kunnen sensoren, zenders, controllers en het laatste bedieningselement zijn.

• Sensoren zijn die instrumenten die de functies van zicht, gehoor enz. uitvoeren. Deze instrumenten meten temperatuur, niveau, stroom, samenstelling enz. Dit zijn thermokoppels, verschildrukmeters, gasanalysatoren enz.
• Zenders zijn als neuronen. Ze zenden signalen uit zoals luchtsignalen of elektrische signalen enz.
• Controllers – controllers doen de functie van de hersenen. Controllers kunnen pneumatische, elektronische of digitale computers zijn.
• Laatste bedieningselement - Deze voeren de functie van spieren uit. Dit zijn regelkleppen, pompen, compressoren, transportbanden, relaisschakelaars enz.

Een blokschema met verschillende bedieningselementen staat in Fig. 1

Fig 1 Blokschema met verschillende bedieningselementen

Er zijn twee hoofdredenen voor controle. De eerste reden voor regeling is om de meetgrootheid op de gewenste waarde te houden als er storingen optreden. De tweede reden voor besturing is om te reageren op veranderingen in de gewenste waarden van de procesparameters. De gewenste waarden zijn die waarden die nodig zijn om het proces in stabiele vorm te laten verlopen om het gespecificeerde product op een economische en veilige manier te produceren zonder nadelige gevolgen voor het milieu.

Het ontwerp van de installatie en apparatuur is van grote invloed op de procesbeheersingsactiviteiten. Het is ook essentieel voor het proces om goede dynamische prestaties te leveren. Het is noodzakelijk dat alle instrumenten en testapparatuur periodiek en correct worden gekalibreerd. Kalibratie van de instrumenten en testapparatuur moet terug te voeren zijn op nationale normen. Sensoren moeten correct en snel werken met capaciteiten die passen bij de apparatuur en procesbehoeften. Een proces kan handmatig of automatisch worden bestuurd met behulp van de benodigde instrumenten. De meeste automatische besturingen zijn geïmplementeerd met elektronische apparatuur die stroom- of spanningsniveaus gebruikt om waarden weer te geven die moeten worden gecommuniceerd.

Voor een goede procesbeheersing is het noodzakelijk dat het systeem responsive is en dat er weinig storingen optreden. In een responsief procesbesturingssysteem reageren gecontroleerde variabelen snel op aanpassingen in de gemanipuleerde variabelen. In een dergelijk systeem wordt de frequentie van storingen ook verminderd. Men moet niet vergeten dat een operator een parameter alleen kan besturen als deze wordt gemeten, daarom zijn locatie en selectie van de sensoren erg belangrijk. Sensoren moeten variabelen snel, betrouwbaar en met voldoende nauwkeurigheid meten.