Prozessleitsystem

Prozessleitsystem

Ein Prozess wird allgemein als eine Operation definiert, die Ressourcen verwendet, um Eingaben in Ausgaben umzuwandeln. Es ist die Ressource, die dem Prozess die benötigte Energie liefert, damit die Transformation stattfinden kann. Im Zusammenhang mit einer Industrie bezieht sich der Begriff „Prozess“, wie er im Begriff „Prozesssteuerung“ verwendet wird, auf die Methoden zur Veränderung und Raffination von Rohstoffen, die in einem festen, flüssigen, gasförmigen, flüssigen oder schlammigen Zustand verbleiben, um Endprodukte zu erzeugen angegebenen Eigenschaften. Die Rohstoffe werden während des Prozesses umgefüllt, gemessen, gemischt, erhitzt oder gekühlt, gefiltert, gelagert oder so gehandhabt, dass der gewünschte Output erzielt wird. Während des Prozesses werden die Rohstoffe für ihre Umwandlung in die Endprodukte physikalischen und chemischen Veränderungen unterzogen. Normalerweise betreibt eine Branche eine Reihe von Prozessen, wobei jeder Prozess ein bestimmtes dynamisches (zeitvariables) Verhalten aufweist, das die Transformation bestimmt. Das dynamische Verhalten wird durch die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Inputs, der Ressource und des Prozesses selbst bestimmt.

Prozesssteuerung bezieht sich auf die Methoden, die zur Steuerung der Variablen des Prozesses oder der Prozesse eingesetzt werden, die bei der Herstellung eines Produkts verwendet werden. Es ist der Vorgang des Steuerns eines Endsteuerelements, um eine manipulierte Variable zu ändern, um die Prozessvariable auf einem gewünschten Sollwert zu halten. Diese Variablen können sich in Prozesseingaben, Prozessparametern und Prozessausgaben befinden. Die Steuerung des Prozesses erfolgt, um seine Schwankungen zu reduzieren, um die angestrebte Produktqualität zu erreichen, die Produktionsraten zu verbessern, die Effizienz des Prozesses zu erhöhen, den Umweltschutz zu erleichtern und die Sicherheit der für den Prozess eingesetzten Männer und Geräte zu gewährleisten.

Eine logische Folge der Prozesskontrolle ist, dass sich ein kontrollierbarer Prozess vorhersagbar verhalten muss. Auf eine gegebene Änderung der manipulierten Variablen muss die Prozessvariable vorhersagbar und konsistent reagieren.

Ein Prozessleitsystem hat folgende Ziele.

• Das Prozessleitsystem ist zentral für die Aufrechterhaltung der Produktqualität. Das Prozesssteuerungssystem hält die Parameter des Prozesses innerhalb enger Grenzen, um Produkte mit konsistenten Spezifikationen aus dem Prozess zu erhalten. Ohne Kontrolle des Prozesses kann die Qualität des Produkts variieren und das Produkt kann zurückgewiesen werden.
• Das Prozessleitsystem dient der Wahrung der Sicherheit von Personal, Ausrüstung und Umwelt.
• Das Prozessleitsystem sollte die Geräteproduktivität und damit die Produktion erfüllen und maximieren.
• Das Prozessleitsystem sollte auch sicherstellen, dass der Verbrauch von Rohstoffen, Energie und Betriebsmitteln innerhalb der festgelegten Verbrauchsnormen für den Prozess bleibt.
• Ein Prozesssteuerungssystem ist auch erforderlich, um die Produktionskosten unter Kontrolle zu halten und die Einschränkungen zu überwinden, die dem Prozess durch die Umgebung auferlegt werden. Die Kostenkontrolle soll erreicht werden, ohne Kompromisse bei der Sicherheit und Produktqualität einzugehen.

Um die gewünschte Ausgabe zu liefern, muss ein Prozess innerhalb der eingestellten Parameter arbeiten. Der Prozess befindet sich im stabilen Betrieb, wenn er innerhalb des angegebenen Bereichs der eingestellten Parameter arbeitet. Im Prozessbetrieb kann es jedoch zu Abweichungen von eingestellten Parametern kommen. Diese Abweichungen werden Störungen genannt. Störungen werden durch unkontrollierte Änderungen in den Prozesseingaben verursacht, die Beschickungszustand, Versorgungsdruck oder -temperatur, Katalysatoraktivität, Wärmeübertragungseffizienz usw. sein können. Wenn ein Prozess Störungen erfährt, dann gibt es Abweichungen in den Prozessvariablen und dann wird der Prozess instabil .

Industrielle Prozesse sind normalerweise dynamischer Natur und daher hat ein Prozessleitsystem normalerweise zwei Aufgaben. Durch ein Prozesssteuerungssystem überwacht ein Bediener (i) bestimmte Prozessbedingungsindikatoren und (ii) veranlasst Änderungen in geeigneten Variablen, um Prozessbedingungen zu verbessern. Die Steuerung wird ausgeübt, um gewünschte Bedingungen im Prozesssystem aufrechtzuerhalten, indem ausgewählte Variablen im Prozesssystem eingestellt werden. Als Sollwert für die zu steuernde Größe wird ein bestimmter Wert oder Bereich verwendet. Es ist immer besser, das einfachste Steuersystem zu verwenden, mit dem die gewünschten Ziele erreicht werden können. Das Design eines Prozesses bestimmt, wie er dynamisch reagiert und wie er gesteuert werden kann.

Ein Prozess hat normalerweise die folgenden vier Arten von Variablen.

• Eingangsvariablen – Dies sind jene Variablen, die das Prozesssystem unabhängig stimulieren und dadurch eine Änderung der internen Bedingungen des Prozesses herbeiführen. Diese Größen können Stellgrößen oder Störgrößen sein.
• Ausgangsvariablen – Dies sind jene Variablen, durch die ein Bediener Informationen über den internen Zustand des Prozesses erhält.
• Steuervariablen – Dies sind die Variablen, die vom Bediener zur Manipulation verwendet werden, um den Prozess unter Kontrolle zu halten.
• Zustandsvariablen – Dies ist der minimale Satz von Variablen, die für die vollständige Beschreibung des internen Zustands (oder der Bedingung) eines Prozesses erforderlich sind.

Der Prozess muss vom Bediener überwacht werden, um sicherzustellen, dass der Prozess unter stabilen Bedingungen arbeitet und die gewünschte Leistung liefert. Zur Überwachung werden die Zustände (Prozessparameter) des Prozesssystems gemessen. Denn dieser Operator ist auf Instrumente angewiesen. Weiterhin verfügt jedes System über eine Kontrollrechnung, die auch als Algorithmus bezeichnet wird. Die Berechnungsergebnisse werden implementiert, damit der Prozess korrekt funktioniert. Die Instrumente zur Steuerung eines Prozesses können Sensoren, Messumformer, Regler und Stellglieder sein.

• Sensoren sind solche Instrumente, die die Funktionen Sehen, Hören usw. erfüllen. Diese Instrumente messen Temperatur, Füllstand, Durchfluss, Zusammensetzung usw. Dies sind Thermoelemente, Differenzdruckmesser, Gasanalysatoren usw.
• Sender sind wie Neuronen. Sie übertragen Signale wie Luftsignale oder elektrische Signale usw.
• Controller – Controller übernehmen die Funktion des Gehirns. Steuerungen können pneumatische, elektronische oder digitale Computer sein.
• Stellglied – Diese übernehmen die Funktion von Muskeln. Dies sind Regelventile, Pumpen, Kompressoren, Förderbänder, Relaisschalter usw.

Ein Blockdiagramm, das verschiedene Steuerelemente zeigt, befindet sich in Fig. 1

Abb. 1 Blockdiagramm mit verschiedenen Bedienelementen

Es gibt zwei Hauptgründe für die Kontrolle. Der erste Grund für die Regelung besteht darin, die Messgröße bei auftretenden Störungen auf ihrem Sollwert zu halten. Der zweite Grund für die Steuerung besteht darin, auf Änderungen der Sollwerte der Prozessparameter zu reagieren. Die gewünschten Werte sind diejenigen Werte, die erforderlich sind, damit der Prozess in stabiler Form abläuft, um ein bestimmtes Produkt auf wirtschaftliche und sichere Weise herzustellen, ohne die Umwelt zu beeinträchtigen.

Das Design der Anlage und Ausrüstung hat großen Einfluss auf die Prozesssteuerungsaktivitäten. Es ist auch wichtig, dass der Prozess eine gute dynamische Leistung liefert. Es ist notwendig, dass alle Instrumente und Prüfgeräte regelmäßig und korrekt kalibriert werden. Die Kalibrierung der Instrumente und Prüfgeräte sollte auf nationale Standards zurückgeführt werden. Sensoren müssen korrekt sein und schnell reagieren, mit Kapazitäten, die den Ausrüstungs- und Prozessanforderungen entsprechen. Ein Prozess kann entweder manuell oder automatisch mit Hilfe der erforderlichen Instrumentierung gesteuert werden. Die meisten automatischen Steuerungen werden mit elektronischen Geräten implementiert, die Strom- oder Spannungspegel verwenden, um die zu kommunizierenden Werte darzustellen.

Für eine gute Prozessführung ist es erforderlich, dass das System reaktionsschnell ist und nur wenige Störungen auftreten. In einem reaktionsschnellen Prozesssteuersystem reagieren gesteuerte Variablen schnell auf Anpassungen in den manipulierten Variablen. In einem solchen System wird auch die Häufigkeit von Störungen reduziert. Man sollte bedenken, dass ein Bediener einen Parameter nur steuern kann, wenn er gemessen wird, daher sind die Anordnung und Auswahl der Sensoren sehr wichtig. Sensoren sollen Größen schnell, zuverlässig und mit ausreichender Genauigkeit messen.