Système de contrôle de processus

Système de contrôle de processus

Un processus est généralement défini comme une opération qui utilise des ressources pour transformer des éléments d'entrée en éléments de sortie. C'est la ressource qui fournit l'énergie nécessaire au processus pour que la transformation se produise. Dans le contexte d'une industrie, le terme « processus » tel qu'il est utilisé dans le terme « contrôle des processus » fait référence aux méthodes de modification et de raffinage des matières premières qui restent à l'état solide, liquide, gazeux, fluide ou en suspension pour créer des produits finis de propriétés spécifiées. Les matières premières au cours du processus sont transférées, mesurées, mélangées, chauffées ou refroidies, filtrées, stockées ou manipulées de manière à obtenir le résultat souhaité. Au cours du processus, les matières premières subissent des modifications physiques et chimiques pour leur transformation en produits finis. Normalement, une industrie exploite un certain nombre de processus où chaque processus présente un comportement dynamique particulier (variant dans le temps) qui régit la transformation. Le comportement dynamique est déterminé par les propriétés physiques et chimiques des intrants, de la ressource et du processus lui-même.

Le contrôle de processus fait référence aux méthodes utilisées pour contrôler les variables du processus ou des processus utilisés dans la fabrication d'un produit. C'est l'acte de contrôler un élément de contrôle final pour modifier la variable manipulée afin de maintenir la variable de processus à un point de consigne souhaité. Ces variables peuvent se trouver dans les entrées de processus, dans les paramètres de processus et dans la sortie de processus. Le contrôle du processus est fait pour réduire sa variabilité pour obtenir la qualité du produit visé, améliorer les taux de production, augmenter l'efficacité du processus, faciliter la protection de l'environnement et assurer la sécurité des hommes et des équipements utilisés pour le processus.

Un corollaire du contrôle de processus est qu'un processus contrôlable doit se comporter de manière prévisible. Pour un changement donné de la variable manipulée, la variable de procédé doit répondre de manière prévisible et cohérente.

Un système de contrôle de processus a les objectifs suivants.

• Le système de contrôle des processus est central pour le maintien de la qualité du produit. Le système de contrôle de processus maintient les paramètres du processus dans les limites étroites pour obtenir des produits de spécifications cohérentes à partir du processus. Sans contrôle du processus, la qualité du produit peut varier et le produit peut être rejeté.
• Le système de contrôle de processus doit préserver la sécurité du personnel, de l'équipement et de l'environnement.
• Le système de contrôle de processus doit respecter et maximiser la productivité de l'équipement et donc la production.
• Le système de contrôle de processus doit également garantir que la consommation de matières premières, d'énergie et de services reste dans les normes de consommation spécifiées pour le processus.
• Le système de contrôle de processus est également nécessaire pour maintenir le coût de la production sous contrôle en surmontant les contraintes imposées au processus par l'environnement. Le contrôle des coûts doit être réalisé sans compromettre la sécurité et la qualité du produit.

Pour donner le résultat souhaité, un processus doit fonctionner dans les paramètres définis. Le processus est dit en fonctionnement stable s'il fonctionne dans la plage spécifiée des paramètres définis. Cependant, il peut y avoir des écarts par rapport aux paramètres définis pendant le fonctionnement du processus. Ces déviations sont appelées perturbations. Les perturbations sont dues à des changements incontrôlés dans les entrées du processus qui peuvent être l'état de l'alimentation, la pression ou la température d'alimentation de l'utilitaire, l'activité du catalyseur, l'efficacité du transfert de chaleur, etc. Lorsqu'un processus subit des perturbations, il y a des écarts dans les variables du processus, puis le processus devient instable. .

Les processus industriels sont normalement de nature dynamique et, par conséquent, un système de contrôle de processus a généralement une double tâche. Grâce au système de contrôle de processus, un opérateur (i) surveille certains indicateurs de conditions de processus et (ii) induit des changements dans les variables appropriées afin d'améliorer les conditions de processus. Une commande est exercée pour maintenir les conditions souhaitées dans le système de traitement en ajustant des variables sélectionnées dans le système de traitement. Une valeur ou une plage spécifique est utilisée comme valeur souhaitée pour la variable à contrôler. Il est toujours préférable d'utiliser le système de contrôle le plus simple qui peut atteindre les objectifs souhaités. La conception d'un processus détermine comment il réagira dynamiquement et comment il pourra être contrôlé.

Un processus a normalement les quatre types de variables suivants.

• Variables d'entrée - Ce sont les variables qui stimulent indépendamment le système de processus et induisent ainsi un changement dans les conditions internes du processus. Ces variables peuvent être des variables manipulées ou des variables de perturbation.
• Variables de sortie :il s'agit des variables par lesquelles un opérateur obtient des informations sur l'état interne du processus.
• Variables de contrôle :il s'agit des variables utilisées par l'opérateur à des fins de manipulation pour garder le processus sous contrôle.
• Variables d'état :il s'agit de l'ensemble minimal de variables essentielles pour décrire complètement l'état (ou la condition) interne d'un processus.

Le processus doit être surveillé par l'opérateur afin de s'assurer que le processus fonctionne dans des conditions stables et donne le résultat souhaité. Pour la surveillance, les conditions (paramètres de processus) du système de processus sont mesurées. Car cet opérateur doit dépendre d'instruments. De plus, chaque système a un calcul de contrôle qui est également appelé algorithme. Les résultats du calcul sont mis en œuvre pour que le processus fonctionne correctement. Les instruments utilisés pour contrôler un processus peuvent être des capteurs, des transmetteurs, des contrôleurs et un élément de contrôle final.

• Les capteurs sont les instruments qui remplissent les fonctions de vision, d'ouïe, etc. Ces instruments mesurent la température, le niveau, le débit, la composition, etc. Il s'agit de thermocouples, de manomètres différentiels, d'analyseurs de gaz, etc.
• Les émetteurs sont comme des neurones. Ils transmettent des signaux comme des signaux aériens ou des signaux électriques, etc.
• Contrôleurs – les contrôleurs remplissent les fonctions du cerveau. Les contrôleurs peuvent être des ordinateurs pneumatiques, électroniques ou numériques.
• Élément de contrôle final - Ceux-ci remplissent la fonction des muscles. Il s'agit de vannes de régulation, de pompes, de compresseurs, de convoyeurs, de commutateurs de relais, etc.

Un schéma fonctionnel montrant différents éléments de contrôle est à la Fig. 1

Fig 1 Schéma fonctionnel montrant divers éléments de contrôle

Il y a deux raisons principales au contrôle. La première raison du contrôle est de maintenir la variable mesurée à sa valeur souhaitée lorsque des perturbations se produisent. La deuxième raison de la commande est de répondre aux changements des valeurs souhaitées des paramètres de processus. Les valeurs souhaitées sont les valeurs nécessaires pour que le processus se déroule sous une forme stable afin de produire un produit spécifié de manière économique et sûre sans nuire à l'environnement.

La conception de l'usine et de l'équipement influence grandement les activités de contrôle des procédés. Il est également essentiel que le procédé offre de bonnes performances dynamiques. Il est nécessaire que tous les instruments et équipements de test soient périodiquement et correctement calibrés. L'étalonnage des instruments et de l'équipement d'essai doit remonter aux normes nationales. Les capteurs doivent être corrects et rapides avec des capacités adaptées aux besoins de l'équipement et du processus. Un processus peut être contrôlé manuellement ou automatiquement à l'aide de l'instrumentation nécessaire. La plupart des automatismes sont mis en œuvre avec des équipements électroniques qui utilisent des niveaux de courant ou de tension pour représenter les valeurs à communiquer.

Pour un bon contrôle du processus, il est nécessaire que le système soit réactif et que peu de perturbations se produisent. Dans un système de contrôle de processus réactif, les variables contrôlées réagissent rapidement aux ajustements des variables manipulées. Dans un tel système, la fréquence des perturbations est également réduite. Il ne faut pas oublier qu'un opérateur ne peut contrôler un paramètre que s'il est mesuré. Par conséquent, l'emplacement et la sélection des capteurs sont très importants. Les capteurs doivent mesurer les variables rapidement, de manière fiable et avec une précision suffisante.