공정 제어 시스템

공정 제어 시스템

프로세스는 자원을 사용하여 입력을 출력으로 변환하는 작업으로 광범위하게 정의됩니다. 변환이 발생하는 과정에 필요한 에너지를 제공하는 것은 자원입니다. 산업의 맥락에서 '공정 제어'라는 용어에서 사용되는 '공정'이라는 용어는 최종 제품을 만들기 위해 고체, 액체, 기체, 유체 또는 슬러리 상태로 남아 있는 원료를 변경하고 정제하는 방법을 의미합니다. 지정된 속성. 공정 중 원료는 원하는 출력을 얻을 수 있도록 이동, 측정, 혼합, 가열 또는 냉각, 여과, 저장 또는 처리됩니다. 이 과정에서 원자재는 최종 제품으로 전환되기 위해 물리적, 화학적 변화를 겪습니다. 일반적으로 산업은 각 프로세스가 변환을 제어하는 ​​특정 동적(시간에 따라 변하는) 동작을 나타내는 여러 프로세스를 운영합니다. 동적 거동은 투입물, 자원 및 프로세스 자체의 물리적 및 화학적 속성에 의해 결정됩니다.

공정 제어는 제품 제조에 사용되는 공정 또는 공정의 변수를 제어하기 위해 사용되는 방법을 말합니다. 공정변수를 원하는 설정치로 유지하기 위해 조작변수를 변경하기 위해 최종 제어요소를 제어하는 ​​행위이다. 이러한 변수는 프로세스 입력, 프로세스 매개변수 및 프로세스 출력에 있을 수 있습니다. 공정 제어는 목표 제품 품질을 얻기 위한 가변성을 줄이고, 생산 속도를 개선하고, 공정 효율성을 높이고, 환경 보호를 촉진하고, 공정에 고용된 인력과 장비의 안전을 보장하기 위해 수행됩니다.

프로세스 제어의 결과는 제어 가능한 프로세스가 예측 가능한 방식으로 동작해야 한다는 것입니다. 조작된 변수의 주어진 변화에 대해 프로세스 변수는 예측 가능하고 일관된 방식으로 응답해야 합니다.

공정 제어 시스템은 다음과 같은 목표를 가지고 있습니다.

• 공정 제어 시스템은 제품 품질 유지의 핵심입니다. 공정 제어 시스템은 공정에서 일관된 사양의 제품을 얻기 위해 가까운 한계 내에서 공정의 매개변수를 유지합니다. 공정의 통제 없이는 제품의 품질이 다를 수 있으며 제품이 거부될 수 있습니다.
• 공정 제어 시스템은 인력, 장비 및 환경의 안전을 보호하는 것입니다.
• 공정 제어 시스템은 장비 생산성과 그에 따른 생산을 충족하고 극대화해야 합니다.
• 공정 제어 시스템은 또한 원자재, 에너지 및 유틸리티의 소비가 공정에 대해 지정된 소비 기준 내로 유지되도록 해야 합니다.
• 공정 관리 시스템은 또한 환경에 의해 공정에 가해지는 제약을 극복하고 생산 비용을 통제하에 유지하기 위해 필요합니다. 비용 통제는 안전과 제품 품질을 손상시키지 않고 달성되어야 합니다.

원하는 출력을 제공하기 위해 프로세스는 설정된 매개변수 내에서 작동하는 것입니다. 설정된 매개변수의 지정된 범위 내에서 작동하는 경우 프로세스가 안정적인 작동이라고 합니다. 그러나 프로세스 작업 중에 설정된 매개변수와 편차가 있을 수 있습니다. 이러한 편차를 교란이라고 합니다. 교란은 공급 조건, 유틸리티 공급 압력 또는 온도, 촉매 활성, 열 전달 효율 등일 수 있는 공정 입력의 제어되지 않은 변경으로 인해 발생합니다. 공정이 교란을 경험하면 공정 변수에 편차가 있고 공정이 불안정해집니다. .

산업 프로세스는 일반적으로 본질적으로 동적이므로 프로세스 제어 시스템에는 일반적으로 이중 작업이 있습니다. 공정 제어 시스템을 통해 작업자는 (i) 특정 공정 조건 지표를 모니터링하고 (ii) 공정 조건을 개선하기 위해 적절한 변수의 변경을 유도합니다. 프로세스 시스템에서 선택한 변수를 조정하여 프로세스 시스템에서 원하는 조건을 유지하도록 제어가 실행됩니다. 특정 값 또는 범위는 제어할 변수에 대한 원하는 값으로 사용됩니다. 원하는 목표를 달성할 수 있는 가장 간단한 제어 시스템을 사용하는 것이 항상 더 좋습니다. 프로세스 설계에 따라 동적으로 응답하는 방식과 제어 방식이 결정됩니다.

프로세스에는 일반적으로 다음과 같은 네 가지 유형의 변수가 있습니다.

• 입력 변수 – 독립적으로 프로세스 시스템을 자극하여 프로세스 내부 조건의 변화를 유도하는 변수입니다. 이러한 변수는 조작된 변수일 수도 있고 교란 변수일 수도 있습니다.
• 출력 변수 – 작업자가 프로세스의 내부 상태에 대한 정보를 얻는 변수입니다.
• 제어 변수 – 작업자가 프로세스를 제어하기 위해 조작하는 데 사용하는 변수입니다.
• 상태 변수 – 프로세스의 내부 상태(또는 조건)를 완전히 설명하는 데 필수적인 최소 변수 집합입니다.

공정이 안정적인 상태에서 작동하고 원하는 출력을 제공하도록 작업자가 공정을 모니터링해야 합니다. 모니터링을 위해 프로세스 시스템의 조건(프로세스 매개변수)이 측정됩니다. 이 연산자는 악기에 의존하는 것입니다. 또한 각 시스템에는 알고리즘이라고도 하는 제어 계산이 있습니다. 계산 결과는 프로세스가 올바르게 작동하도록 구현됩니다. 프로세스 제어에 사용되는 도구는 센서, 트랜스미터, 컨트롤러 및 최종 제어 요소일 수 있습니다.

• 센서는 시각, 청각 등의 기능을 수행하는 기기입니다. 이러한 기기는 온도, 레벨, 유량, 구성 등을 측정합니다. 이들은 열전대, 차압계, 가스 분석기 등입니다.
• 전달자는 뉴런과 같습니다. 공기 신호 또는 전기 신호 등과 같은 신호를 전송합니다.
• 컨트롤러 – 컨트롤러는 뇌의 기능을 수행합니다. 컨트롤러는 공압, 전자 또는 디지털 컴퓨터일 수 있습니다.
• 최종 조절 요소 – 근육의 기능을 수행합니다. 제어 밸브, 펌프, 압축기, 컨베이어, 릴레이 스위치 등입니다.

다른 제어 요소를 보여주는 블록 다이어그램은 그림 1에 있습니다.

그림 1 다양한 제어 요소를 보여주는 블록 다이어그램

통제에는 두 가지 주요 이유가 있습니다. 제어의 첫 번째 이유는 외란이 발생할 때 측정된 변수를 원하는 값으로 유지하는 것입니다. 제어의 두 번째 이유는 원하는 프로세스 매개변수 값의 변경에 응답하기 위한 것입니다. 원하는 값은 환경에 악영향을 미치지 않으면서 경제적이고 안전한 방식으로 특정 제품을 생산하기 위해 공정이 안정적인 형태로 실행되는 데 필요한 값입니다.

플랜트 및 장비의 설계는 공정 제어 활동에 큰 영향을 미칩니다. 또한 프로세스가 우수한 동적 성능을 제공하는 데 필수적입니다. 모든 기기와 시험 장비는 주기적으로 정확하게 교정되어야 합니다. 기기 및 테스트 장비의 교정은 국가 표준으로 거슬러 올라가야 합니다. 센서는 장비 및 프로세스 요구 사항에 적합한 용량으로 정확하고 빠르게 작동해야 합니다. 프로세스는 필요한 기기의 도움을 받아 수동 또는 자동으로 제어할 수 있습니다. 대부분의 자동 제어는 전류 또는 전압 수준을 사용하여 통신할 값을 나타내는 전자 장비로 구현됩니다.

우수한 공정 제어를 위해서는 시스템이 반응해야 하고 방해가 거의 발생하지 않아야 합니다. 반응형 공정 제어 시스템에서 제어된 변수는 조작된 변수의 조정에 빠르게 반응합니다. 이러한 시스템에서는 교란의 빈도도 감소합니다. 작업자는 매개변수가 측정되는 경우에만 매개변수를 제어할 수 있으므로 센서의 위치와 선택이 매우 중요하다는 것을 기억해야 합니다. 센서는 변수를 빠르고 안정적이며 충분한 정확도로 측정해야 합니다.