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Controllo di processo - Tutto quello che devi sapere

Se stai considerando di lavorare nel settore della produzione di processo e desideri saperne di più sulle basi del controllo di processo e su come viene utilizzato, sei nel posto giusto. In questo articolo discuteremo di tutto ciò che è necessario sapere sul controllo dei processi, con particolare attenzione al controllo dei processi nella produzione e alla comprensione dei diversi sistemi di controllo dei processi. Pronto per iniziare? Entriamo e iniziamo discutendo le definizioni di base del controllo di processo e come viene utilizzato.

controllo di processo

Cos'è il controllo di processo?

Il controllo di processo viene utilizzato nella produzione continua - nella produzione e in altri settori e industrie in cui viene prodotto un tipo di materiale senza alcun tipo di interruzione - e in "elaborazione in batch". Viene utilizzato per controllare automaticamente le condizioni in cui un prodotto è fatto - garantendo una migliore qualità ed efficienza.

La gestione delle acque reflue, ad esempio, comporta il trattamento continuo e incessante di acque grigie e liquami, senza interruzioni, quindi questo è un campo in cui viene utilizzato il controllo di processo.

Lo schema seguente è un tipico esempio di alcuni dei sistemi di controllo del processo in atto:

Controllo del processo di gestione delle acque reflue

Immagine gentilmente concessa da Fab-Tech Inc

Un altro esempio potrebbe essere la raffinazione del petrolio e del gas e persino il trasporto di petrolio e gas attraverso i gasdotti, dove è richiesto un flusso ininterrotto e uniforme del materiale. Lo schema seguente ha vari requisiti di sistema, come ad esempio:

  • Monitoraggio, controllo e gestione remota degli oleodotti dal centro di controllo
  • Utilizzare le fibre ottiche per la trasmissione di dati a lunga distanza in tutto il paese di installazione
  • Anello ridondante Gigabit per un'elevata disponibilità di dati
  • Design robusto in grado di operare in condizioni ambientali difficili
Oli Pipeline Process Control

Fondamentalmente, il controllo di processo combina le discipline dell'ingegneria di controllo e dell'ingegneria chimica e utilizza sistemi di controllo industriali specializzati, spesso personalizzati. Questi sistemi controllano il flusso, l'uscita, la miscela e altri aspetti di un processo di produzione continuo, basati sul feedback di sensori, sistemi di monitoraggio dei dati e altro ancora.

A sua volta, ciò consente all'azienda di produrre un prodotto più sicuro, economicamente redditizio e coerente per l'uso pubblico. I sistemi di controllo del processo operano su un livello molto più raffinato e potente di un sistema che è puramente controllato dall'uomo.

Ad esempio, considera cosa offrire risultati migliori quando si pastorizza il latte - un singolo individuo che legge manualmente la temperatura, quindi spegne il calore quando il latte raggiunge la giusta temperatura - o un sensore in un serbatoio di pastorizzazione che rileva automaticamente quando il latte è stato pastorizzato correttamente, quindi svuota automaticamente la macchina e sposta il prodotto sul passaggio successivo.

In sostanza, il controllo del processo consiste nell'eliminare il feedback umano e nel consentire agli avanzati sistemi automatizzati di un impianto industriale di gestire automaticamente piccoli aggiustamenti, senza interventi oltre il monitoraggio umano di ciascun sistema.

Questo video di CrashCourse, spiega in dettaglio più sugli elementi chiave del controllo di processo insieme con esempi di dove viene utilizzato il controllo di processo e problemi che possono sorgere senza di esso:

In quali discipline può essere utilizzato il controllo di processo?

Esistono diverse discipline e specialità di lavoro in cui è possibile utilizzare il controllo di processo come:

  • Ingegneria - Gli ingegneri sono in genere responsabili della progettazione di sistemi e macchinari per il controllo dei processi. Utilizzando le specifiche stabilite da un produttore o da un'altra società, è responsabilità di un ingegnere progettare il sistema appropriato e assicurarsi che sia affidabile, funzionale e a prova di proiettile. Generalmente gli ingegneri sono anche responsabili dello sviluppo della strumentazione di controllo del processo per il personale operativo, consentendo loro di monitorare ogni singolo processo su base granulare e assicurarsi che funzioni correttamente.
  • Sviluppo di software e sistemi - I progettisti e gli sviluppatori di software e sistemi sono in genere responsabili di sistemi basati su software che si interfacciano con il macchinario fisico utilizzato per il controllo del processo. Ingegneri e ingegneri del software di solito lavorano a stretto contatto l'uno con l'altro nello sviluppo di sistemi di controllo del processo.
  • operazioni - Il personale delle operazioni, come i supervisori e i loro lavoratori, è responsabile del monitoraggio delle apparecchiature di controllo del processo per assicurarsi che funzioni correttamente e senza errori. Nonostante i progressi nell'automazione, la supervisione umana è una necessità per garantire che i sistemi di controllo del processo stiano funzionando correttamente e per garantire che sia possibile l'intervento manuale, se necessario.
  • Garanzia di qualità - Il QA è ancora richiesto negli impianti che utilizzano il controllo di processo - per rilevare errori ed errori, regolare i sistemi di controllo del processo e intraprendere altre azioni necessarie per assicurare la perfetta qualità, sicurezza ed efficienza del prodotto.


Qual è l'importanza del controllo di processo? Quali sono i suoi benefici?

Ora che comprendi le nozioni di base sui sistemi di controllo dei processi e su come vengono utilizzati, nonché le professioni e le discipline che più comunemente utilizzano il controllo dei processi, discutiamo dei vantaggi del controllo dei processi.

Perché è importante - e perché le aziende industriali dovrebbero sforzarsi di migliorare i propri sistemi di controllo dei processi o aggiungere nuovi controlli di processo? Qui ci sono solo alcuni motivi.

  • Aumentare il throughput del sistema senza spese aggiuntive - Quando i sistemi e i processi sono automatizzati e possono essere eseguiti automaticamente senza l'intervento umano, è possibile ottenere di più dalle apparecchiature e dai processi di produzione esistenti. La necessità dell'intervento umano è ridotta e puoi garantire la massima efficienza e qualità di ogni macchina utilizzata nel tuo impianto. Ciò consente di aumentare il throughput massimo del proprio impianto o impianto, senza spese aggiuntive in attrezzature costose.
  • Aumentare l'automazione, ridurre l'intervento umano - L'automazione è un elemento chiave per qualsiasi processo di produzione. Mentre l'intervento e la supervisione dell'uomo sono sempre necessari, l'automazione consente di eliminare le ridondanze e i controlli manuali non necessari, riducendo in tal modo l'errore umano e l'inefficienza e i passaggi inutili e dispendiosi in termini di tempo che possono ridurre la produttività dell'impianto.
  • Elimina rilavorazioni, scarti e inefficienze - L'automazione e il controllo dei processi aiutano a mantenere tutti i sistemi del vostro impianto operativi alla massima efficienza, eliminando le inefficienze e la necessità di rilavorare e rottamare i prodotti, laddove applicabile.
  • Migliora le tue capacità per assumere più lavoro - Il controllo di processo non solo ti aiuta ad aumentare il throughput del sistema, ma consente anche al tuo stabilimento o azienda di svolgere più lavoro - mentre continui ad automatizzare il controllo dei processi, più dipendenti e sistemi saranno liberati per lavorare su altri progetti e prodotti, migliorando redditività.
  • Aumenta l'efficienza energetica - L'utilizzo delle apparecchiature e dei macchinari esistenti al massimo delle loro capacità consentirà di aumentare l'efficienza energetica del proprio impianto, poiché non vi saranno lavori o prodotti sprecati, grazie al controllo del processo. Il consumo di energia è una grande spesa per gli impianti industriali e manifatturieri, quindi massimizzare l'efficienza energetica aiuta a minimizzare i costi e aumentare i profitti, oltre a contribuire a preservare l'ambiente.

Per queste ragioni - e dozzine di altre - il controllo dei processi è una parte assolutamente essenziale della lavorazione industriale e industriale in molti settori diversi. L'automazione avanzata consente di sfruttare al massimo i sistemi esistenti, ridurre al minimo gli sprechi, ottimizzare l'efficienza, assumere più lavoro e aumentare la redditività, e questo è solo l'inizio dei vantaggi di cui godrete con i sistemi di controllo dei processi.

Software e prodotti utilizzati per aiutare con il controllo di processo

Ogni sistema di controllo del processo è diverso, e questo è particolarmente vero quando si tratta di controllo del processo nella produzione. Dalla strumentazione di controllo del processo su misura alle suite software basate su cloud, ci sono diversi tipi di software, oltre a numerosi diversi prodotti utilizzati per aiutare nel controllo dei processi, quindi discutiamone alcuni ora.

Screenshot di MPC in un'applicazione tipica

Screenshot di MPC in un'applicazione tipica per gentile concessione di Siemens

  • Software di controllo del processo - Il software di controllo del processo è al centro di qualsiasi sistema di controllo del processo. Mentre di solito è fatto su misura, in base al tuo impianto, ai processi industriali e alle esigenze specifiche, ci sono alcune aziende che offrono piattaforme di controllo di processo predefinite e di base. Questo include Automation Direct, Sartorius, PQ Systems e molti altri.

    Queste piattaforme di solito possono essere personalizzate e costruite per soddisfare le esigenze della maggior parte degli impianti industriali e dei produttori di grandi dimensioni. Mentre le grandi aziende di solito preferiscono assumere ingegneri software per creare software di controllo di processo personalizzato, una piattaforma pre-costruita può essere utile se si dispone di un budget più limitato, o se si deve utilizzare lo stesso sistema in più impianti o strutture.
  • Strumentazione per il controllo di processo - Nella sua strumentazione di controllo di processo più basilare vi sono semplicemente uno o più monitor per computer, che forniscono letture, uscite, informazioni su ogni sistema e processo e altre informazioni in tempo reale, in base ai vostri sistemi di controllo del processo . Questo tipo di strumentazione di controllo del processo può essere utilizzato in un impianto di produzione su piccola scala.

    Impianti e strutture più complessi, come ad esempio una centrale nucleare, utilizzano una varietà di diversi tipi di strumenti per il controllo del processo, compresi schermi grandi e complessi, letture e pulsanti fisici, computer e numerosi altri strumenti, compresi i quadranti, metri, letture digitali e altri strumenti simili.

    Indipendentemente dalla sua complessità, tutti i tipi di strumentazione di controllo del processo sono intesi a fare la stessa cosa: fornire agli operatori umani una panoramica immediata dei loop di feedback e delle funzioni che si verificano all'interno di una determinata struttura in un dato momento.
  • Sensori e sistemi di monitoraggio - Il cuore di ogni sistema di controllo del processo è una serie di sensori e sistemi di monitoraggio, che vengono utilizzati per raccogliere dati in tempo reale su un particolare processo, o "loop di feedback". In una fabbrica di alimenti, ad esempio, termometri e sensori di temperatura può essere utilizzato per controllare la temperatura di un prodotto, per garantire che sia entro livelli sicuri e che la temperatura possa essere facilmente regolata al livello appropriato, garantendo la massima qualità del prodotto.
  • Programmi di QA e software - Il software QA è una parte fondamentale del controllo di processo, poiché la garanzia di qualità deve essere utilizzata per confermare la qualità complessiva di un prodotto e garantire che soddisfi tutti gli standard richiesti. Il QA consente inoltre di adeguare i singoli processi: se una partita di un prodotto non soddisfa gli standard richiesti, ad esempio, ogni singolo processo e macchina coinvolti nella sua fabbricazione possono essere esaminati per i guasti, o il processo stesso può essere rivisto, sui dati raccolti dal sistema di controllo del processo.
  • Sistemi di analisi e di data warehousing - Il data warehousing e l'analisi a lungo termine assicurano che tutti i dati raccolti da un sistema di controllo del processo possano essere archiviati per l'archiviazione a lungo termine. Se un prodotto finisce per essere difettoso, ad esempio, i dati del lotto di produzione possono essere esaminati per determinare la causa e per garantire che il problema non si ripresenti. L'analisi dei dati a lungo termine può anche essere utilizzata per migliorare l'efficienza dei sistemi di controllo del processo.

A seconda dell'azienda, del settore, dell'applicazione e del tipo di sistema di controllo del processo, i prodotti e i sistemi utilizzati per implementare il controllo del processo possono variare notevolmente. Questo è il motivo per cui la maggior parte delle grandi aziende si rivolgono a società specializzate nell'ingegneria dei processi per sviluppare i propri strumenti e sistemi di controllo dei processi personalizzati. La complessità dello sviluppo di un sistema di controllo del processo significa che la maggior parte delle aziende non può gestire l'intero processo "in-house".

Industrie chiave per il controllo di processo

Come accennato in precedenza, il controllo del processo è tipicamente utilizzato in qualsiasi industria in cui si verifica una produzione continua, in cui viene prodotto costantemente un certo tipo di prodotto o materiale, con tempi di inattività minimi o nulli. Con questo in mente, diamo uno sguardo veloce ad alcuni dei settori chiave per i sistemi di controllo dei processi e al modo in cui vengono utilizzati.

  • Pharmaceuticals - La massima precisione è richiesta quando si creano farmaci farmaceutici. Persino errori minori possono rendere completamente inutilizzabile una serie di farmaci o altri prodotti di questo tipo - quindi le aziende farmaceutiche devono minimizzare l'intervento umano e l'errore il più possibile. Ciò significa che la maggior parte delle aziende farmaceutiche fa uso di avanzati sistemi di controllo di processo, consentendo un controllo granulare del processo di produzione, riducendo al minimo lo spreco di prodotto e garantendo la sicurezza di tutti i farmaci fabbricati nello stabilimento.
  • OEM e produzione - Le aziende manifatturiere di tutti i tipi possono fare uso del controllo di processo. Un'azienda che produce acciaio strutturale, ad esempio, utilizzerà probabilmente controlli di processo per compiti come garantire la corretta temperatura degli altiforni, controllare la viscosità del metallo fuso e altri compiti simili che contribuiscono a garantire la giusta qualità generale per i prodotti .
  • Carta e cellulosa - Il controllo del processo è estremamente importante nell'industria della cellulosa e della carta. Ciò è dovuto in parte al fatto che la materia prima (legno) utilizzata per la pasta e la carta può variare in termini di qualità selvaggia e sono necessari adeguamenti regolari e costanti ai processi di produzione per garantire che un input vario (legno) crei sempre un risultato coerente (prodotti di pasta e carta).
  • Società di semiconduttori - I produttori di semiconduttori (microchip), come Intel, AMD, Nvidia e altri, fanno ampio uso del controllo di processo. Gli ambienti in cui vengono creati microchip devono essere controllati in modo incredibilmente preciso, altrimenti interi lotti di semiconduttori potrebbero essere completamente rovinati e resi inutilizzabili.
  • Petrolchimico - La coerenza è assolutamente fondamentale nell'industria petrolchimica, in particolare quando si creano prodotti come gomma di alta qualità e plastiche derivate dal petrolio. Il controllo di processo può essere utilizzato per monitorare da vicino i prodotti durante il processo di raffinazione e produzione, garantendo una qualità costante e una produzione continua e ininterrotta di un determinato prodotto petrolchimico.
  • Produzione di energia - Le centrali non generano un prodotto fisico, ma generano elettricità e energia per essere utilizzate altrove, e devono farlo costantemente, quindi utilizzano sempre un certo numero di sistemi di controllo del processo. Questi sistemi sono utilizzati per controllare la produzione di energia, assicurando che non venga generata energia in eccesso e che l'impianto non produca energia. Il carburante, la temperatura dell'impianto, l'erogazione del refrigerante e altri fattori devono essere costantemente regolati per garantire una corretta generazione di energia.
  • Cibo e prodotti lattiero - In precedenza, abbiamo fornito un esempio dell'uso del controllo di processo nella pastorizzazione del latte. L'utilizzo del controllo di processo per automatizzare la produzione di alimenti e latticini è un ottimo modo per garantire che il cibo sia sicuro ed abbia una qualità costante e per massimizzare la produzione totale da una fabbrica alimentare o da un impianto di trasformazione alimentare.
  • Acqua - Il trattamento dell'acqua è un'applicazione ideale per il controllo del processo, poiché l'ingresso (acque di scarico, acqua di mare, ecc.) Non si ferma mai e può variare un po 'nella composizione. Non solo, ma anche l'uscita (acqua potabile) deve essere rilasciata in un flusso costante e avere una qualità sufficientemente elevata da poter essere consumata. I controlli di processo aiutano a regolare automaticamente i processi di trattamento per gestire i vari input e garantiscono che l'acqua potabile sana, sicura e potabile sia il risultato del processo di trattamento.
  • Gasolio - Gli oleodotti e i gasdotti devono fornire un flusso costante e costante di petrolio o gas e devono essere mantenuti alla giusta pressione. I controlli di processo possono aiutare a regolare automaticamente le tubazioni e il rendimento del prodotto, mantenendo la pipeline affidabile, sicura e garantendo un flusso costante di petrolio o gas. Le raffinerie utilizzano anche controlli di processo per garantire sicurezza, qualità del prodotto e produzione ininterrotta.

Queste sono alcune delle industrie in cui il controllo di processo è il più utilizzato, ma ogni azienda industriale utilizza in qualche modo il controllo dei processi.

3 Esempi di applicazioni per il controllo di processo

Per semplificare le cose, il controllo del processo utilizza sensori, programmi e computer automatizzati per regolare qualsiasi "ciclo di feedback". Ad esempio, per controllare la temperatura di un composto di gomma durante la produzione, per evitare che si "fissi" e garantire che sia malleabile .

Il controllo del processo potrebbe coinvolgere solo uno di questi anelli di retroazione o essere utilizzato in un intero impianto, composto da migliaia di loop di feedback individuali, ma collegati tra loro, che devono essere interoperabili tra loro per garantire la massima sicurezza ed efficienza.

Interessato a saperne di più sul controllo dei processi con esempi concreti? Ecco alcuni esempi di applicazioni per il controllo dei processi, come vengono utilizzati e perché sono così importanti.

  • Barre di controllo di centrali nucleari - Le barre di controllo sono un esempio molto facile da capire del controllo di processo e un anello di retroazione. La potenza di un reattore nucleare è, in parte, controllata da barre di controllo. Le barre di controllo sono costruite con un materiale, come il boro, che assorbe facilmente l'energia rilasciata dalla fissione nucleare.

    Quando la potenza di un reattore sale, vengono utilizzati sensori automatici per abbassare queste barre di controllo nel reattore. A loro volta, assorbono energia e riducono la potenza al livello appropriato. Quindi, se il livello inizia a scendere troppo rapidamente, le barre di controllo vengono regolate automaticamente nuovamente.

    Questo ciclo di feedback si verifica continuamente - e di solito senza l'intervento di un essere umano. Apportando piccole regolazioni alle barre di controllo, il sistema di controllo del processo mantiene la potenza erogata entro il livello specificato. Tuttavia, gli operatori utilizzano un sistema di monitoraggio del controllo di processo per garantire che il reattore funzioni correttamente e per garantire che le barre di controllo non falliscano.
  • Desalinizzazione - La desalinizzazione viene utilizzata per convertire l'acqua di mare o l'acqua salata in acqua potabile potabile, attraverso il processo di rimozione di sale e altre impurità.

    La desalinizzazione con osmosi inversa è il tipo più comune di dissalazione, consistente in una membrana specializzata attraverso cui l'acqua viene "spinta". L'acqua è in grado di spingere attraverso la membrana, mentre i sali e i contaminanti vengono lasciati indietro.

    Un semplice esempio di controllo del processo nella dissalazione ad osmosi inversa sarebbe il processo di pulizia. Col passare del tempo, la membrana utilizzata per filtrare i contaminanti deve essere pulita. Un sistema di controllo del processo può monitorare le prestazioni della membrana, quindi rilevare automaticamente quando deve essere pulito e chiudere il sistema per sciacquarlo con acqua pulita e pulita, rimuovendo questi contaminanti e ripristinando automaticamente la membrana.
  • Cottura di un prodotto a base di carne - Come accennato, il controllo di processo è comunemente usato nell'industria alimentare. Prendi un prodotto a base di carne come un hot dog come esempio. La carne deve essere cotta alla giusta temperatura per assicurarsi che sia commestibile e priva di contaminanti di origine alimentare, ma non deve essere troppo cotta o il prodotto potrebbe rovinarsi.

Un sistema di controllo del processo potrebbe essere utilizzato per analizzare il volume di prodotti alimentari in un particolare forno o area di cottura, e la temperatura del forno - e calcolare il tempo ottimale per il cibo di rimanere nella zona di cottura. Quindi, il prodotto viene posizionato nel forno, cotto e rimosso automaticamente. Ciò garantisce una rapida elaborazione in batch senza intervento umano e risultati perfettamente coerenti ogni volta che viene utilizzato il sistema.

Comprendi il controllo dei processi e perché è importante per la tua azienda!

Si spera che questo articolo sia stato utile, ed è stato utile per approfondire la comprensione del controllo di processo, i suoi benefici, le discipline in cui è utilizzato e nei settori in cui è più importante.

Implementando controlli di processo migliori, le aziende di tutti i tipi, dimensioni e specialità - in qualsiasi settore - possono trarre vantaggio da un processo di produzione più efficiente, una migliore qualità del prodotto, un output più elevato e una serie di altri vantaggi. Quindi inizia a pensare a come puoi migliorare i tuoi controlli di processo oggi stesso e ottenere un vantaggio competitivo!

Process Industry Informer

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