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过程控制 - 您需要知道的一切

如果您正在考虑在流程制造行业工作,并且想要了解有关过程控制基础知识及其使用方法的更多信息,那么您就是在正确的位置。 在本文中,我们将讨论您需要了解的有关过程控制的所有内容 - 特别强调制造过程控制,并了解不同的过程控制系统。 准备开始了吗? 让我们跳进去,首先讨论过程控制的基本定义,以及它是如何使用的。

过程控制

什么是过程控制?

过程控制用于连续生产 - 在制造业和其他领域和行业中生产某种材料而没有任何中断 - 以及“批量处理”。它用于自动控制产品的条件制作 - 确保更好的质量和效率。

例如,废水管理涉及连续和不断处理灰水和污水,没有任何中断 - 因此这是一个使用过程控制的领域。

下图是一些过程控制系统的典型示例:

废水管理过程控制

图片由Fab-Tech Inc.提供

另一个例子是石油和天然气精炼,甚至通过管道的石油和天然气运输,其中需要不间断的,均匀的材料流。 下图有各种系统要求,例如:

  • 从控制中心远程监控,控制和管理输油管道
  • 使用光纤在整个安装国家进行长距离数据传输
  • 千兆冗余环,可实现高数据可用性
  • 坚固耐用的设计,能够在恶劣的环境下运行
Oli管道过程控制

基本上,过程控制结合了控制工程和化学工程的学科 - 并使用专门的,通常是定制的工业控制系统。 这些系统基于来自传感器,数据监测系统等的反馈来控制连续生产过程的流量,输出,混合和其他这些方面。

反过来,这使公司能够生产出更安全,更经济,更一致的产品供公众使用。 与纯粹由人类控制的系统相比,过程控制系统在更精细,更强大的级别上运行。

例如,考虑一下当巴氏杀菌牛奶时会有什么效果 - 一个人手动读取温度,然后在牛奶达到合适温度时关闭热量 - 或者巴氏杀菌罐中的传感器自动感知牛奶何时进入正确巴氏杀菌,然后自动清空机器,并将产品移至下一步。

从本质上讲,过程控制就是消除人工反馈 - 并允许工业工厂的先进自动化系统自动处理微小调整,而无需人为监控每个系统。

来自CrashCourse的这段视频详细解释了过程控制的关键要素,以及使用过程控制的示例,以及没有它的情况下可能出现的问题:

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哪些学科可以使用过程控制?

有许多不同的学科和工作场所专业,可以使用过程控制,例如:

  • 工程 - 工程师通常负责设计过程控制系统和机械。 使用制造商或其他公司制定的规范,工程师有责任设计合适的系统,并确保其可靠,功能和操作上的防弹。 工程师通常还负责为操作人员开发过程控制仪表,使他们能够以粒度为基础监控每个过程,并确保其正常运行。
  • 软件和系统开发 - 软件和系统设计人员和开发人员通常负责基于软件的系统,该系统与用于过程控制的物理机器相连接。 在开发过程控制系统时,工程师和软件工程师通常会彼此密切合作。
  • â�<操作 - 操作人员,例如主管及其工人,负责监控过程控制设备,以确保其正常运行,并且没有错误。 尽管自动化方面取得了进展,但人员监督是确保过程控制系统正常运行的必要条件 - 并确保在必要时可以进行人工干预。
  • 质量保证 - 在使用过程控制的工厂中仍然需要质量保证 - 捕获错误和错误,调整过程控制系统,并采取其他必要的措施来确保完美的产品质量,安全性和效率。


过程控制的重要性是什么? 它的好处是什么?

既然您已了解过程控制系统的基础知识及其使用方法,以及最常用于过程控制的专业和学科,那么让我们来讨论过程控制的好处。

为什么重要 - 为什么工业公司应该努力改进其过程控制系统,或者增加新的过程控制? 这里有几个原因。

  • â�<无需额外支出即可提高系统吞吐量 - 当系统和流程自动化,并且无需人工干预即可自动执行,您可以从现有设备和制造流程中获得更多。 减少了对人为干预的需求,您可以确保工厂中使用的每台机器的最高效率和质量。 这使您可以增加工厂或设施的最大吞吐量,而无需在昂贵的设备上进行额外支出。
  • â�<增加自动化,减少人为干预 - 自动化是任何制造过程的关键要素。 虽然人工干预和监督总是必要的,但自动化可以帮助您消除冗余和不必要的人工检查 - 从而减少人为错误和低效率,以及耗时,不必要的步骤,从而降低工厂的吞吐量。
  • â�<消除返工,废品和低效率 - 自动化和过程控制有助于保持工厂中的每个系统以最高效率运行,消除低效率,以及在适用情况下对产品进行返工和报废的需求。
  • â�<增强您的能力以承担更多工作 - 过程控制不仅可以帮助您提高系统吞吐量,还可以让您的工厂或公司承担更多的工作 - 随着您继续实现流程控制的自动化,更多的员工和系统将被释放出来处理其他项目和产品,从而增强盈利能力。
  • â�<提高能源效率 - 由于过程控制,使用现有的设备和机器可以最大限度地提高工厂的能源效率,因为不会浪费任何工作或产品。 能源消耗是工业和制造工厂的主要支出,因此最大限度地提高能源效率有助于最大限度地降低成本并提高利润 - 此外还有助于保护环境。

出于这些原因 - 以及其他许多原因 - 过程控制是许多不同行业中制造和工业加工的绝对必要部分。 增强的自动化功能可帮助您充分利用现有系统,最大限度地减少浪费,简化效率,承担更多工作并提高盈利能力 - 这只是过程控制系统所带来的好处的开始。

用于帮助过程控制的软件和产品

每个过程控制系统都是不同的,在制造过程控制方面尤其如此。 从定制的过程控制仪器到基于云的软件套件,有许多不同的软件,以及用于帮助过程控制的众多不同产品,所以我们现在讨论其中的一些。

典型应用中MPC的屏幕截图

由西门子提供的典型应用中的MPC屏幕截图

  • â�<过程控制软件 - 过程控制软件是任何过程控制系统的核心。 虽然它通常是根据您的工厂,工业流程和特定需求定制的,但也有一些公司提供基本的预构建过程控制平台。 这包括Automation Direct,Sartorius,PQ Systems等等。

    这些平台通常可以定制和建造,以满足大多数大型工业厂房和制造商的需求。 虽然大公司通常更喜欢雇用软件工程师来构建自定义过程控制软件,但如果您的预算有限,或者必须在多个工厂或设施中使用相同的系统,则预构建平台可能很有用。
  • 过程控制仪表 - 最基本的过程控制仪表只需一台或多台计算机监控器,可根据您的过程控制系统实时提供读数,输出,每个系统和过程的信息以及其他此类信息。 这种类型的过程控制仪器可用于小规模制造工厂。

    更复杂的工厂和设施 - 例如核电站 - 使用各种不同类型的过程控制仪器,包括大型复杂屏幕,物理读数和按钮,计算机以及许多其他仪器,包括刻度盘,仪表,数字读数和其他此类工具。

    无论其复杂程度如何,所有类型的过程控制仪器都旨在做同样的事情 - 为人类操作员提供在任何给定时间内在给定设施内发生的反馈回路和功能的概览。
  • â�<传感器和监控系统 - 每个过程控制系统的核心是一系列传感器和监控系统,用于收集有关特定过程或“反馈回路”的实时数据。在食品工厂,例如温度计和温度传感器可用于检查产品的温度,确保其处于安全水平,并且可以轻松地将温度调节到适当的水平,从而确保最高的产品质量。
  • â�<质量保证计划和软件 - 质量保证软件是过程控制的关键部分,因为必须使用质量保证来确认产品的整体质量,并确保其符合所有要求的标准。 QA还允许调整单个流程 - 如果一批产品不完全符合要求的标准,例如,可以检查其制造中涉及的每个单独的流程和机器的故障,或者可以修改流程本身关于过程控制系统收集的数据。
  • â�<分析和数据仓库系统 - 长期数据仓库和分析确保过程控制系统收集的所有数据都可以存储,以便进行长期存档。 例如,如果产品最终出现故障,可以检查生产批次中的数据以确定原因,并确保问题不再发生。 长期数据分析还可用于提高过程控制系统的效率。

根据公司,行业,应用和过程控制系统的类型,用于实施过程控制的产品和系统可能会有很大差异。 这就是为什么大多数大公司转向专业工艺工程公司来开发自己的定制过程控制工具和系统的原因。 开发过程控制系统的复杂性意味着大多数公司无法“内部”处理整个过程。

过程控制的关键行业

如上所述,过程控制通常用于任何发生连续生产的行业 - 其中某些产品或材料不断生产,几乎没有停机时间。 因此,考虑到这一点,让我们快速浏览一下过程控制系统的一些关键行业 - 以及如何使用它们。

  • â�<制药 - 制造药物时需要极高的精确度。 即使是轻微的错误也会导致一批药物或其他此类产品完全无法使用 - 因此制药公司必须尽可能减少人为干预和错误。 这意味着大多数制药公司都使用先进的过程控制系统 - 允许对制造过程进行精细控制,最大限度地减少产品浪费,并保证工厂生产的所有药物的安全性。
  • â�<OEM和制造业 - 所有类型的制造公司都可以利用过程控制。 例如,一家制造结构钢的公司可能会利用工艺控制来完成任务,例如确保高炉适当的温度,控制熔融金属的粘度,以及其他有助于确保产品正确整体质量的任务。 。
  • â�<纸浆和纸张 - 过程控制在纸浆和造纸工业中极为重要。 这部分是因为用于纸浆和纸张的原材料(木材)的质量可能会有很大差异,并且需要对制造过程进行定期,不断的调整以确保考虑到这一点 - 确保不同的输入(木材)始终产生一致的输出(纸浆和纸制品)。
  • â�<半导体公司 - 英特尔,AMD,Nvidia等半导体(微芯片)制造商广泛使用过程控制。 必须将创建微芯片的环境控制到令人难以置信的精确程度 - 否则整批半导体可能会完全毁坏并变得无法使用。
  • â�<石油化学产品 - 一致性是石化行业的关键,特别是在生产高品质橡胶和石油衍生塑料等产品时。 过程控制可用于在精炼和生产过程中密切监控产品,确保一致的质量,以及不间断,连续生产给定的石化产品。
  • â�<发电 - 发电厂不产生物理产品,而是产生电力和电力供其他地方使用 - 而且它们必须不断地这样做,因此它们总是使用许多过程控制系统。 这些系统用于控制电力生产,确保不会产生过多的电力 - 并且电厂不会产生不足的电力。 必须不断调整燃料,设备温度,冷却剂输送和其他因素,以确保正常发电。
  • â�<食品和乳制品 - 早些时候,我们举了一个例子,说明在牛奶巴氏杀菌过程中使用过程控制。 使用过程控制来自动生产食品和乳制品是确保食品安全且质量始终如一的最佳方式 - 并最大限度地提高食品工厂或食品加工厂的总产量。
  • â�< - 水处理是过程控制的理想应用,因为输入(废水,海水等)不会停止 - 并且组成可能会有很大差异。 不仅如此,输出(饮用水)也必须以恒定的流量释放,并且具有足够高的质量以供消费。 过程控制有助于自动调整处理过程以处理各种输入,并确保健康,安全和可饮用的饮用水是处理过程的结果。
  • â�<石油和天然气 - 石油和天然气管道必须提供恒定,稳定的油或气流,并保持适当的压力。 过程控制可以帮助自动调整管道和产品吞吐量 - 保持管道可靠,安全,并确保稳定的石油或天然气流量。 炼油厂还利用过程控制来确保安全性,产品质量和不间断的生产。

这些是过程控制使用最多的一些行业 - 但每家工业公司都以某种方式使用过程控制。

3 过程控制的应用示例

为简化过程,过程控制使用自动传感器,程序和计算机来调整任何给定的“反馈回路”。例如,在制造过程中控制橡胶化合物的温度,防止其“设置”,并确保其具有延展性。

过程控制可能只涉及这些反馈回路中的一个 - 或者在整个工厂中使用,包括数千个单独但相互关联的反馈回路,这些回路必须能够相互互操作以确保最大的安全性和效率。

有兴趣通过具体实例了解更多关于过程控制的知识吗? 以下是过程控制应用程序的一些示例,它们如何使用以及它们为何如此重要。

  • â�<核电站控制棒 - 控制棒是一个非常容易理解的过程控制和反馈回路的例子。 核反应堆的功率输出部分地由控制棒控制。 控制杆由诸如硼的材料构成,其容易吸收核裂变释放的能量。

    当反应堆的功率输出上升时,使用自动传感器将这些控制棒降低到反应器中。 反过来,它们吸收能量并将功率输出降低到适当的水平。 然后,如果水平开始下降得太快,控制杆会再次自动调节。

    这种反馈循环不断发生 - 通常没有人的干预。 通过对控制杆进行微调,过程控制系统将功率输出保持在规定的水平。 但是,操作员确实使用过程控制监控系统来确保反应堆正常运行 - 并确保控制杆不会发生故障。
  • 海水淡化 - 海水淡化用于通过去除盐和其他杂质的过程将海水或盐水转化为饮用水。

    反渗透脱盐是最常见的脱盐类型,由一种特殊的膜组成,水被“推动”。水能够穿过膜,同时留下盐和污染物。

    反渗透脱盐过程控制的一个简单例子是清洁过程。 随着时间的推移,必须清洁用于过滤污染物的膜。 过程控制系统可以监控膜的性能,然后自动检测何时必须清洁 - 并关闭系统,以便用干净的淡水冲洗,去除这些污染物并自动恢复膜。
  • 烹饪肉类产品 - 如上所述,过程控制通常用于食品工业。 以热狗等肉制品为例。 肉必须煮熟到适当的温度,以确保它可食用,不含任何食源性污染物 - 但不得过度煮熟,否则产品可能会被毁坏。

过程控制系统可用于分析特定烤箱或烹饪区域中的食品体积以及烤箱的温度 - 并计算食物保留在烹饪区域中的最佳时间。 然后,将产品放入烤箱中,煮熟并自动取出。 这确保了无需人工干预的快速批处理,并且每次使用系统时都能获得完美一致的结果。

了解过程控制 - 以及为什么它对您的公司很重要!

希望本文有所帮助,并有助于进一步了解过程控制,它的好处,使用它的学科,以及它最重要的行业。

通过实施更好的过程控制,所有类型,规模和专业的公司 - 在任何行业中 - 都可以从更高效的生产过程,更好的产品质量,更高的产量和许多其他优势中受益。 因此,开始考虑如何改善自己的过程控制 - 并获得竞争优势!

流程工业线人

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