Pokročilé řízení procesu - Advanced process control

V teorii řízení Advanced Process Control (APC) označuje širokou škálu technik a technologií implementovaných v systémech řízení průmyslových procesů. Pokročilé ovládací prvky procesu jsou obvykle nasazeny volitelně a navíc k základním ovládacím prvkům procesu. Základní ovládací prvky procesu jsou navrženy a sestaveny se samotným procesem, aby se usnadnily základní požadavky na provoz, řízení a automatizaci. Pokročilé ovládací prvky procesu se obvykle přidávají následně, často v průběhu mnoha let, za účelem řešení konkrétních příležitostí v oblasti výkonu nebo ekonomického zlepšení v procesu.

Řízení procesů (základní a pokročilé) obvykle zahrnuje zpracovatelský průmysl, který zahrnuje chemikálie, petrochemie, rafinaci ropy a minerálů, zpracování potravin, farmaceutický průmysl, výrobu energie atd. Tato průmyslová odvětví se vyznačují kontinuálními procesy a zpracováním tekutin, na rozdíl od samostatných dílů výroba, jako je výroba automobilů a elektroniky. Pojem automatizace procesu je v podstatě synonymem řízení procesu.

Řízení procesu (základní i pokročilé) je implementováno v systému řízení procesu, což může znamenat distribuovaný řídicí systém (DCS) , programovatelný logický řadič (PLC) a / nebo kontrolní počítač dohledu. DCS a PLC jsou obvykle průmyslově kalené a odolné vůči chybám. Dozorčí řídicí počítače často nejsou vytvrzené nebo odolné vůči chybám, ale přinášejí vyšší úroveň výpočetní schopnosti řídicího systému pro hostování cenných, ale ne kritických pokročilých řídicích aplikací. Pokročilé ovládací prvky mohou být umístěny buď v DCS, nebo v dohledovém počítači, v závislosti na aplikaci. Základní ovládací prvky jsou umístěny v DCS a jeho subsystémech, včetně PLC.

Typy pokročilého řízení procesů

Následuje seznam dobře známých typů pokročilého řízení procesů:

• Pokročilá regulační regulace (ARC) označuje několik osvědčených pokročilých regulačních technik, jako je přepsání nebo adaptivní zesílení (ale ve všech případech „regulace nebo zpětná vazba“). ARC je také všeobecný termín používaný k označení jakékoli přizpůsobené nebo nenáročné techniky, která nespadá do žádné jiné kategorie. ARC se obvykle implementují pomocí funkčních bloků nebo možností vlastního programování na úrovni DCS. V některých případech se ARC nacházejí na úrovni řídicího řídicího počítače.
• Pokročilé řízení procesu (APC) označuje několik osvědčených pokročilých řídicích technik, jako je dopředná vazba, oddělení a inferenční řízení. APC může také zahrnovat Model Predictive Control, popsaný níže. APC se obvykle implementuje pomocí funkčních bloků nebo možností vlastního programování na úrovni DCS. V některých případech APC sídlí na úrovni řídicího řídicího počítače.
• Prediktivní řízení multivariabilního modelu (MPC) je populární technologie, obvykle nasazená na kontrolním řídicím počítači, která identifikuje důležité nezávislé a závislé procesní proměnné a dynamické vztahy (modely) mezi nimi a často používá maticově matematické řídicí a optimalizační algoritmy k ovládat více proměnných současně. Jedním z požadavků MPC je, že modely musí být lineární v celém provozním rozsahu ovladače. MPC je prominentní součástí APC od doby, kdy kontrolní počítače v 80. letech poprvé přinesly řídicím systémům potřebné výpočetní schopnosti.
• Nelineární MPC: Podobně jako MPM s více proměnnými v tom, že zahrnuje dynamické modely a řízení založené na maticové matematice; nemá však požadavek na linearitu modelu. Nelineární MPC je schopen pojmout procesy s modely, které mají různé zisky a dynamiku procesu (tj. Mrtvé časy a doby zpoždění).
• Inferenciální měření: Konceptem inferenciálních metod je výpočet vlastnosti proudu ze snadno dostupných měření procesu, jako je teplota a tlak, které by jinak mohly být příliš nákladné nebo časově náročné na přímé měření v reálném čase. Přesnost závěru lze pravidelně kontrolovat pomocí laboratorní analýzy. Místo skutečných online analyzátorů lze použít inferenciály, ať už pro informace o operátorech, kaskádované do procesních řadičů základní vrstvy nebo CV s více proměnnými řadiči.
• Sekvenční řízení se týká diskontinuálních časových a událostních automatizačních sekvencí, ke kterým dochází v nepřetržitých procesech. Mohou být implementovány jako soubor časových a logických funkčních bloků, vlastní algoritmus nebo pomocí formalizované metodiky sekvenčního funkčního diagramu .
• Inteligentní řízení je třída řídicích technik, které používají různé přístupy k výpočtu umělé inteligence, jako jsou neuronové sítě , Bayesova pravděpodobnost , fuzzy logika , strojové učení , evoluční výpočty a genetické algoritmy .

Související technologie

Následující technologie se vztahují k APC a v některých kontextech je lze považovat za součást APC, ale obecně jde o samostatné technologie, které mají vlastní (nebo potřebují vlastní) články Wiki.

• Statistická kontrola procesu (SPC), navzdory svému názvu, je mnohem častější při výrobě diskrétních dílů a dávkovém procesu než při kontinuální kontrole procesu. V SPC se „procesem“ rozumí proces práce a kontroly kvality, spíše než nepřetržitá kontrola procesu.
• Dávkové řízení procesu (viz ANSI / ISA-88) se používá v nekontinuálních dávkových procesech, jako je mnoho léčiv, chemikálií a potravin.
• Optimalizace založená na simulaci zahrnuje dynamické nebo ustálené počítačové simulační modely procesů, které určují optimálnější provozní cíle v reálném čase, tj. Periodicky, v rozsahu od hodin po den. Toto je někdy považováno za součást APC, ale v praxi se stále jedná o rozvíjející se technologii a je častěji součástí MPO.
• Plánování a optimalizace výroby (MPO) se týká probíhající obchodní činnosti, jejímž cílem je dosáhnout optimálních provozních cílů, které jsou poté implementovány v provozní organizaci, a to buď ručně, nebo v některých případech automaticky sdělena systému řízení procesu.
• Bezpečnostní přístrojový systém označuje systém, který je nezávislý na systému řízení procesu, a to jak fyzicky, tak administrativně, jehož účelem je zajistit základní bezpečnost procesu.

APC Business a profesionálové

Osoby odpovědné za návrh, implementaci a údržbu aplikací APC jsou často označovány jako APC Engineers nebo Control Application Engineers. Jejich vzdělání obvykle závisí na oboru specializace. Například ve zpracovatelském průmyslu má mnoho techniků APC zázemí chemického inženýrství, které kombinuje odborné znalosti v oblasti řízení procesů a chemického zpracování.

Většina velkých provozních zařízení, jako jsou ropné rafinerie, zaměstnává řadu specialistů a odborníků na řídicí systémy, od polní instrumentace, regulačního řídicího systému (DCS a PLC), pokročilého řízení procesů a sítě a bezpečnosti řídicího systému. V závislosti na velikosti zařízení a okolnostech může mít tito pracovníci odpovědnost ve více oblastech nebo se mohou věnovat každé oblasti. Existuje také mnoho společností poskytujících služby řízení procesů, které si lze najmout na podporu a služby v každé oblasti.

Umělá inteligence a řízení procesů

Použití technik umělé inteligence, strojového učení a hlubokého učení v řízení procesů je také považováno za pokročilý přístup k řízení procesů, při kterém se inteligence používá k další optimalizaci provozních parametrů.

Provoz a logika v systémech řízení procesů v ropě a plynu a po celá desetiletí jsou založeny pouze na fyzikálních rovnicích, které diktují parametry spolu s interakcemi operátorů na základě zkušeností a provozních příruček. Algoritmy umělé inteligence a strojového učení mohou zkoumat dynamické provozní podmínky, analyzovat je a navrhovat optimalizované parametry, které mohou buď přímo vyladit logické parametry, nebo dát návrh operátorům. Intervence takových inteligentních modelů vedou k optimalizaci nákladů, výroby a bezpečnosti.

Terminologie

• APC: Pokročilé řízení procesů, včetně zpětné vazby, oddělení, inferenciálu a vlastních algoritmů; obvykle znamená DCS.
• ARC: Pokročilé regulační řízení, včetně adaptivního zesílení, přepsání, logiky, fuzzy logiky, řízení sekvence, ovládání zařízení a vlastních algoritmů; obvykle znamená DCS.
• Base-Layer: Zahrnuje DCS, SIS, polní zařízení a další subsystémy DCS, jako jsou analyzátory, systémy zdraví zařízení a PLC.
• BPCS: Základní systém řízení procesu (viz „základní vrstva“)
• DCS: Distribuovaný kontrolní systém, často synonymem pro BPCS
• MPO: Optimalizace plánování výroby
• MPC: Prediktivní řízení modelu s více proměnnými
• SIS: Bezpečnostní přístrojový systém
• SME: Expert na předmět

Reference

externí odkazy

• Článek o pokročilém řízení procesů.