ضرورت اندازه گیری و کنترل

به طور کلی واحدهای شیمیایی شامل تجهیزات فرآیندی مختلفی هستند که بوسیله خطوط لوله که در آنها مواد شیمیایی جریان دارند، به یکدیگر متصل شد هاند. برای آنکه این واحدها در شرایط مناسب عملیاتی کار کنند، باید پارامترهای فرآیندی از قبیل دما، فشار ، ارتفاع سطح مایع و دبی سیال در محدوده های خاصی نگه داشته شوند،

یا به عبارت دیگر، این پارامترها کنترل شوند. به عنوان مثال در یک راکتور شیمیایی، مواد اولیه باید با یک نسبت مشخص وارد آن شده و در دما و فشار معینی با هم واکنش دهند. تغییر نسبت مواد اولیه و یا مقدار آنها، دما و یا فشار راکتور، میتواند منجر به تولید محصولات ناخواسته یا بازدهی کم راکتور شود. بنابراین علاوه بر مقدار مواد ورودی به ورودی به A این راکتور باید دما و فشار آنها نیز کنترل شود.

فرض کنید برای گرم کردن خوراک A راکتور، یک مبدل حرارتی که در پوسته آن بخار جریان دارد، داریم. برای اینکه بتوان دمای جریان خروجی از مبدل را در نقطه ای مشخص نگهداشت، باید دبی بخار عبوری از پوسته مبدل را طوری در ورودی به مبدل A خروجی ثابت بماند. اگر به هر دلیلی دمای جریان A تغییر داد که دمای جریان کاهش یابد، با باز کردن شیر تنظیم دبی بخار ورودی و در نتیجه افزایش دبی بخار میتوان دمای را در نظر بگیرید.

با باز و B خروجی از مبدل را ثابت نگهداشت. حال کنترل فشار خوراک A جریان قرار دارد، افت فشار ایجادشده تغییر نموده و بدین وسیله B بسته کردن یک شیر که در مسیر جریان ورودی به راکتور را ثابت نگاهداشت. B میتوان فشار جریان باز و بسته کردن شیرها می تواند توسط اپراتورها انجام گیرد. به این نوع کنترل، کنترل دستی گفته می شود. اپراتورها در صورت تغییر در شرایط فرآیند باید بتوانند به سرعت تصمیمات لازم را اتخاذ کرده و شیرهای مربوطه را باز و بسته کنند. معمولاً در یک واحد شیمیایی ممکن است تعداد زیادی دستگاه فرآیندی وجود داشته باشد که برای درست کار کردن هریک از آنها لازم باشد تعدادی از پارامترهای فرآیندی مربوطه، در محدوده مجاز کنترل شوند . این بدان معناست که باید بطور همزمان تعداد زیادی شیر توسط اپراتورها باز و بسته شود.

با توجه به اینکه برای باز و بسته کردن همزمان این تعداد شیر، تعداد زیادی اپراتور لازم است و این نکته که ممکن است در واحدهای پیچیده تر، اپراتورها نتوانند تصمیمات لازم و به موقع اتخاذکنند، کنترل دستی می تواند منجر به عملکرد نامناسب واحد، تخریب محیط زیست وحتی خطرات جانی شود.

برای رفع این مشکل، یعنی تشخیص و محاسبه دقیق میزان باز و بسته شدن هر یک از شیرها و کاهش تعداد اپراتورهای مورد نیاز و درنتیجه کاهش خطای تصمیم گیری آنها، سیستم کنترل اتوماتیک بوجود آمده و به کارگرفته شده است. کنترل اتوماتیک دارای دقت و سرعت بیشتری نسبت به کنترل دستی میباشد. امروزه با پیشرفت کامپیوترها، از آنها به عنوان مغز متفکر در کنترل فرآیندها استفاده میشود و میتوان واحدهای بزرگ شیمیایی با تجهیزات و پیچیدگی های زیادی را توسط تعداد کمی اپراتور و به کمک سیستم کنترل اتوماتیک، کنترل نمود.

کنترل اتوماتیک متغیرهای فرآیندی، علاوه بر نگهداشتن فرآیند در شرایط مطلوب، باعث دستیابی به ایمنی بیشتر و نیز رعایت بهتر قوانین زیست محیطی م یشود. بدین معنی که با استفاده از این روش سرعت و دقت بسیاری از تصمیمات و در نتیجه اقدامات پیشگیرانه افزایش می یابد وبه علاوه مدیریت بحران بهتری در موارد این گونه پدید می آید.
سیستمهای کنترل را به دو دسته مدار باز و مدار بسته تقسیم میکنند.

این سیستمها هر یک کاربرد و اهمیت خاص خودرا دارند و در واحدهای صنعتی بر حسب ملاحظات اقتصادی موردنیاز استفاده می شوند. برای آشکار شدن چگونگی عملکرد سیستمهای مدار باز و مدار بسته ، سیستم سرمایش اتاق را در نظر بگیرید. فرض کنید از یک کولر گازی برای خنک کردن هوای اتاق استفاده می شود. برخی از کولرهای گازی تنها دارای درجه کم، متوسط و زیاد هستند و در هر شرایطی از تغییرات دمای هوای داخل و یا خارج اتاق به مقدار ثابتی سرما تولید می کنند. به عبارت دیگر اگر کولر در درجه زیاد تنظیم شده باشد و ناگهان هوای بیرون سرد شود، از آنجاییکه در میزان تولید سرمایش کولر تغییری حاصل نمی شود، هوای داخل اتاق بسیار سرد خواهد شد.

سیستم کنترل مدار بسته

سیستم کنترل مدار بسته

             ضرورت اندازه گیری و کنترل

اما در انواع جدیدتر کولرها، فرد میتواند دمای مطلوب اتاق را برای کولر تعیین کند. این کولرها دارای یک دماسنج هستند که در هر لحظه دمای اتاق را اندازه گرفته و با دمای مطلوب مقایسه می- کنند. اگر دمای اتاق از دمای مطلوب کمتر باشد، کولر میزان سرمایش را کمتر میکند و بر عکس، در صورتیکه دمای اتاق بیشتر از دمای مطلوب باشد، میزان سرمایش بیشتر میشود تا در نهایت دمای اتاق برابر دمای مطلوب شود.

این کولرها میتوانند در صورتی که هوای بیرون گرمتر شود و یا هر عامل دیگری که باعث تغییر در دمای اتاق می شود، به راحتی دما را در دمای مطلوب نگهدارند. کولرهای نوع اول مثالی از سیستم کنترل مدار باز و کولرهای نوع دوم مثالی از سیستم کنترل مدار بسته میباشند. اگر مثال سرمایش اتاق را بعنوان یک فرآیند در نظر بگیریم، دمای اتاق، خروجی نامیده میشود و میزان set point فرآیند یا متغیرکنتر لشونده خواهد بود، دمای مطلوب، مقدارمقرر یا سرمایش، متغیر تنظیم شونده یا ورودی فرآیند است. علاوه بر این تغییر دمای بیرون یا باز بودن درب را اغتشاشات ورودی به فرآیند می نامیم.
بطور خلاصه میتوان گفت در یک سیستم کنترل مدار باز، ورودی به فرآیند بدون در نظر گرفتن مقدار خروجی در هر لحظه، تعیین میشود. استفاده از این سیستمها برای فرآیندهای ساده مناسب می باشد. در سیستمهای مدار بسته، مقدار متغیر تنظیم شونده یا ورودی فرآیند بر اساس اختلاف مقدار متغیر خروجی با مقدار مطلوب تعیین میشود. سیستمهای مدار بسته گرانتر بوده و طراحی آنها پیچیده تر میباشد.
یک سیستم کنترل مدار بسته دارای چهار بخش اصلی میباشد. دستگاه اندازهگیری، مقایسه، محاسبه و تصحیح. به این صورت که متغیری که باید کنترل شود توسط ابزارهای اندازهگیری، اندازهگیری شده و سپس توسط کنترلر با مقدار مقرر مقایسه شده و مقدار متغیرهای تنظیم شونده محاسبه میشود. میتوان گفت اندازهگیری یک گام مهم در کنترل فرآیند میباشد و در صورتیکه اندازهگیری صحیح انجام نشود، سیستم کنترل نمیتواند بدرستی عمل کند. اندازهگیریها علاوه بر اهداف کنترلی هدفهای دیگری نیز دارند و ممکن است یک متغیر اندازهگیری شده به سیستم کنترل فرستاده نشود و خروجی اندازهگیری فقط نمایش داده شده و ثبت شود. بطور کلی اندازهگیری به چند دلیل انجام میشود که

عبارتند از:
کنترل- فراهم کردن اطلاعات لازم جهت استفاده در کنترلرها
مانیتورینگ- فراهم کردن اطلاعات مورد نیاز اپراتور جهت اطلاع از وضعیت سایت
تحلیل فرآیند- فراهم کردن اطلاعات مورد نیاز هنگامیکه اتفاقی رخ میدهد به منظور تحقیق در علل ایجاد و چگونگی رفع آن.
ایمنی- تشخیص حالتیکه ممکن است منجر به خطر شود چه برای واحد و چه برای کارکنان آن.
بنابراین در صورتی که وسیله اندازهگیری بدرستی عمل نکند، ممکن است منجر به ضررهای جانی و اقتصادی فراوانی شود. خرابی یک وسیله اندازهگیری همیشه قابل مشاهده نیست و ممکن است اطلاعات غلط آن، درست تلقی شود. به این دلیل لازم است با بررسی منظم تجهیزات اندازهگیری از صحت عملکرد آنها مطلع شویم.
لذا آشنایی اپراتورها با خصوصیات و نحوه عملکرد انواع دستگاههای ابزارهای دقیق می تواند از بروز بسیاری از این مشکلات جلوگیری نماید. به همین دلیل در این مجموعه به بررسی انواع انداز هگیرها که در صنعت پتروشیمی متداو لتر هستند و اپراتورهای بهر هبردار، بیشتر با آنها سرکار دارند، پرداخته می شود.