过程控制系统
过程控制系统
流程被广义地定义为使用资源将输入转换为输出的操作。它是为发生转变的过程提供所需能量的资源。在行业背景下，“过程控制”一词中使用的“过程”一词是指改变和精炼保持在固态、液态、气态、流体或浆料状态的原材料以产生最终产品的方法。指定的属性。在此过程中的原材料被转移、测量、混合、加热或冷却、过滤、储存或处理，以便获得所需的输出。在此过程中，原材料会发生物理和化学变化以转化为最终产品。通常，一个行业会运行多个流程，其中每个流程都表现出一种特定的动态（随时间变化）行为来控制转型。动态行为是由输入、资源和过程本身的物理和化学性质决定的。
过程控制是指用于控制在产品制造中使用的一个或多个过程变量的方法。它是控制最终控制元件以更改操纵变量以将过程变量保持在所需设定点的行为。这些变量可以在过程输入、过程参数和过程输出中。对过程进行控制是为了减少其可变性以获得目标产品质量、提高生产率、提高过程效率、促进环境保护以及确保过程中使用的人员和设备的安全。
过程控制的一个推论是可控过程必须以可预测的方式运行。对于操作变量的给定变化，过程变量必须以可预测和一致的方式响应。
过程控制系统具有以下目标。
- 过程控制系统是维持产品质量的核心。过程控制系统将过程参数保持在接近的范围内，以从过程中获得规格一致的产品。如果不控制流程，产品质量可能会发生变化，产品可能会被拒收。
- 过程控制系统是为了保护人员、设备和环境的安全。
- 过程控制系统应满足并最大限度地提高设备生产力，从而提高产量。
- 过程控制系统还应确保原材料、能源和公用设施的消耗保持在该过程的指定消耗标准范围内。
- 还需要流程控制系统来控制生产成本，以克服环境对流程的限制。在不影响安全和产品质量的前提下实现成本的控制。
为了给出所需的输出，一个过程是在设定的参数范围内操作。如果该过程在设定参数的指定范围内运行，则称该过程处于稳定运行状态。然而，在过程操作过程中可能会出现与设定参数的偏差。这些偏差称为干扰。干扰是由于工艺输入的不受控制的变化引起的，这些输入可能是进料条件、公用设施供应压力或温度、催化剂活性、传热效率等。当工艺遇到干扰时，工艺变量就会出现偏差，然后工艺变得不稳定.
工业过程通常本质上是动态的，因此过程控制系统通常具有双重任务。通过过程控制系统，操作员 (i) 监控某些过程条件指标和 (ii) 引起适当变量的变化以改善过程条件。通过调整过程系统中选定的变量，进行控制以维持过程系统中的所需条件。特定值或范围用作要控制的变量的期望值。最好使用能够实现预期目标的最简单的控制系统。流程的设计决定了它如何动态响应以及如何对其进行控制。
一个进程通常有以下四种变量。
- 输入变量——这些变量独立地刺激过程系统，从而引起过程内部条件的变化。这些变量可以是操纵变量，也可以是干扰变量。
- 输出变量 - 操作员通过这些变量获取有关流程内部状态的信息。
- 控制变量 - 操作员使用这些变量进行操作以控制过程。
- 状态变量——这些变量是完整描述流程内部状态（或条件）所必需的最小变量集。
操作人员需要对过程进行监控，以确保过程在稳定状态下运行并提供所需的输出。为了监控，测量过程系统的条件（过程参数）。因为这个运营商是依赖于仪器的。此外，每个系统都有一个控制计算，也称为算法。执行计算结果以使过程正常运行。用于控制过程的仪表可以是传感器、变送器、控制器和最终控制元件。
- 传感器是执行视觉、听觉等功能的仪器。这些仪器测量温度、液位、流量、成分等。它们是热电偶、差压计、气体分析仪等。
- 发射器就像神经元。它们传输空气信号或电信号等信号。
- 控制器——控制器执行大脑的功能。控制器可以是气动、电子或数字计算机。
- 最终控制元素——这些元素执行肌肉的功能。这些是控制阀、泵、压缩机、传送带、继电器开关等。
显示不同控制元素的框图如图1所示
图1显示各种控制元素的框图
控制的主要原因有两个。控制的第一个原因是在发生干扰时将测量变量保持在其期望值。控制的第二个原因是响应过程参数所需值的变化。期望值是该过程以稳定的形式运行以经济和安全的方式生产指定产品而不会对环境产生不利影响的那些值。
工厂和设备的设计极大地影响了过程控制活动。该过程还必须提供良好的动态性能。必须定期对所有仪器和测试设备进行正确校准。仪器和检测设备的校准应追溯到国家标准。传感器应正确且反应迅速，具有适合设备和过程需要的容量。在必要的仪器的帮助下，可以手动或自动控制过程。大多数自动控制是通过电子设备实现的，电子设备使用电流或电压水平来表示要传达的值。
为实现良好的过程控制，系统必须具有响应性，并且只发生很少的干扰。在响应式过程控制系统中，受控变量快速响应受控变量的调整。在这样的系统中，干扰频率也会降低。应该记住，操作员只有在测量参数时才能控制参数，因此传感器的位置和选择非常重要。传感器应能快速、可靠且足够准确地测量变量。
制造工艺