プロセス制御システム

プロセス制御システム

プロセスは、リソースを使用して入力を出力に変換する操作として広く定義されています。これは、変換が発生するプロセスに必要なエネルギーを提供するリソースです。業界の文脈では、「プロセス制御」という用語で使用される「プロセス」という用語は、固体、液体、気体、流体、またはスラリーの状態のままである原材料を変更および精製して、指定されたプロパティ。プロセス中の原材料は、所望の出力が得られるような方法で、移送、測定、混合、加熱または冷却、濾過、保管、または処理されます。プロセス中に、原材料は最終製品に変換するために物理的および化学的変化を起こします。通常、業界は多くのプロセスを運用しており、各プロセスは、変換を管理する特定の動的な（時間的に変化する）動作を示します。動的な動作は、入力、リソース、およびプロセス自体の物理的および化学的特性によって決定されます。

プロセス制御とは、製品の製造に使用される1つまたは複数のプロセスの変数を制御するために使用される方法を指します。これは、最終制御要素を制御して操作変数を変更し、プロセス変数を目的の設定点に維持する行為です。これらの変数は、プロセス入力、プロセスパラメータ、およびプロセス出力に含めることができます。プロセスの制御は、目的の製品品質を得るためのばらつきを減らし、生産率を向上させ、プロセスの効率を高め、環境の保護を促進し、プロセスに使用される人員と機器の安全を確保するために行われます。

プロセス制御の当然の結果として、制御可能なプロセスは予測可能な方法で動作する必要があります。操作変数の特定の変更に対して、プロセス変数は予測可能で一貫した方法で応答する必要があります。

プロセス制御システムには、次の目的があります。

• プロセス制御システムは、製品の品質を維持するための中心的な役割を果たします。プロセス制御システムは、プロセスのパラメータを制限内に維持して、プロセスから一貫した仕様の製品を取得します。プロセスを管理しないと、製品の品質が変化し、製品が拒否される可能性があります。
• プロセス制御システムは、人員、機器、環境の安全を保護するためのものです。
• プロセス制御システムは、機器の生産性、ひいては生産性を満たし、最大化する必要があります。
• プロセス制御システムは、原材料、エネルギー、およびユーティリティの消費が、プロセスに指定された消費基準内にとどまるようにする必要もあります。
• プロセス制御システムは、環境によってプロセスに課せられた制約を克服するために、生産のコストを管理下に保つためにも必要です。コストの管理は、安全性と製品の品質を損なうことなく達成されます。

目的の出力を得るには、設定されたパラメータ内で動作するプロセスがあります。設定されたパラメータの指定範囲内で動作している場合、安定動作していると言えます。ただし、プロセス操作中に設定されたパラメータから逸脱する可能性があります。これらの偏差は外乱と呼ばれます。外乱は、供給条件、ユーティリティ供給圧力または温度、触媒活性、熱伝達効率などのプロセス入力の制御されていない変化によって引き起こされます。プロセスに外乱が発生すると、プロセス変数に偏差が生じ、プロセスが不安定になります。 。

産業プロセスは通常、本質的に動的であるため、プロセス制御システムには通常、2つのタスクがあります。プロセス制御システムを通じて、オペレーターは（i）特定のプロセス条件インジケーターを監視し、（ii）プロセス条件を改善するために適切な変数の変更を誘導します。プロセスシステムで選択された変数を調整することにより、プロセスシステムで望ましい条件を維持するための制御が実行されます。特定の値または範囲は、制御される変数の目的の値として使用されます。目的を達成できる最も単純な制御システムを利用することをお勧めします。プロセスの設計によって、プロセスが動的に応答する方法と制御する方法が決まります。

プロセスには通常、次の4種類の変数があります。

• 入力変数–これらは、プロセスシステムを独立して刺激し、それによってプロセスの内部条件の変化を誘発する変数です。これらの変数は、操作変数にすることも、外乱変数にすることもできます。
• 出力変数–これらは、オペレーターがプロセスの内部状態に関する情報を取得するための変数です。
• 制御変数–これらは、プロセスを制御下に保つための操作のためにオペレーターが使用する変数です。
• 状態変数–これらは、プロセスの内部状態（または条件）を完全に記述するために不可欠な変数の最小セットです。

プロセスが安定した状態で動作し、目的の出力が得られるように、オペレーターはプロセスを監視する必要があります。モニタリングでは、プロセスシステムの状態（プロセスパラメータ）が測定されます。このオペレーターは楽器に依存することになっています。さらに、各システムには、アルゴリズムとも呼ばれる制御計算があります。計算結果は、プロセスが正しく機能するように実装されています。プロセスの制御に使用される機器は、センサー、送信機、コントローラー、および最終制御要素です。

• センサーは、視覚、聴覚などの機能を実行する機器です。これらの機器は、温度、レベル、流量、組成などを測定します。これらは、熱電対、差圧計、ガス分析装置などです。
• 送信機はニューロンのようなものです。空気信号や電気信号などの信号を送信します。
• コントローラー–コントローラーは脳の機能を果たします。コントローラーは、空気圧式、電子式、またはデジタル式のコンピューターにすることができます。
• 最終制御要素–これらは筋肉の機能を実行します。これらは、コントロールバルブ、ポンプ、コンプレッサー、コンベヤー、リレースイッチなどです。

さまざまな制御要素を示すブロック図を図1に示します

図1さまざまな制御要素を示すブロック図

制御には主に2つの理由があります。制御の最初の理由は、外乱が発生したときに測定変数を目的の値に維持することです。制御の2番目の理由は、プロセスパラメータの目的の値の変化に対応することです。望ましい値は、環境に悪影響を与えることなく、経済的かつ安全な方法で特定の製品を生産するためにプロセスを安定した形で実行するために必要な値です。

プラントと設備の設計は、プロセス制御活動に大きく影響します。プロセスが優れた動的パフォーマンスを提供することも不可欠です。すべての機器と試験装置が定期的かつ正しく校正されている必要があります。機器と試験装置の校正は、国の基準にまでさかのぼる必要があります。センサーは、機器とプロセスのニーズに適した容量で正確かつ高速に動作する必要があります。プロセスは、必要な機器を使用して手動または自動で制御できます。ほとんどの自動制御は、通信される値を表すために電流または電圧のレベルを使用する電子機器で実装されます。

良好なプロセス制御のためには、システムが応答性があり、障害がほとんど発生しないことが必要です。応答性の高いプロセス制御システムでは、制御変数は操作変数の調整にすばやく応答します。このようなシステムでは、外乱の頻度も減少します。オペレーターは、パラメーターが測定された場合にのみパラメーターを制御できるため、センサーの位置と選択が非常に重要であることを覚えておく必要があります。センサーは、変数を迅速、確実、十分な精度で測定する必要があります。