В компьютерном управлении процессами цифровой компьютер используется для управления производственным процессом. Хотя другие автоматизированные системы обычно управляются компьютером, термин «компьютерное управление процессом» обычно ассоциируется с непрерывными или полунепрерывными производственными операциями, связанными с такими материалами, как химикаты, нефть, продукты питания и некоторые основные металлы. В таких производствах продукты обычно обрабатываются в газовой, жидкой или порошковой форме, чтобы облегчить прохождение материала через различные этапы производственного цикла. Кроме того, эти продукты обычно производятся массово. Благодаря простоте обращения с продукцией и большим объемам, в этих отраслях достигнут высокий уровень автоматизации.
Современная компьютерная система управления технологическим процессом обычно включает в себя следующее: (1) измерение важных переменных процесса, таких как температура, расход и давление, (2) выполнение некоторой оптимизирующей стратегии, (3) приведение в действие таких устройств, как клапаны, переключатели и печи, которые позволяют процессу реализовать оптимальную стратегию, и (4) создание отчетов для руководства, указывающих на состояние оборудования, производительность и качество продукции. Сегодня компьютерное управление процессами применяется во многих промышленных операциях, две из которых описаны ниже.
Типичная современная технологическая установка управляется компьютером. На одном нефтехимическом заводе, выпускающем более 20 видов продукции, производство разделено на три зоны, в каждой из которых установлено несколько химических установок. На каждом участке имеется свой компьютер управления технологическим процессом, выполняющий функции сканирования, контроля и сигнализации. Компьютеры подключены к центральному компьютеру в иерархической конфигурации. Центральный компьютер рассчитывает, как добиться максимальной производительности каждого процесса, и генерирует управленческие отчеты о его эффективности.
Каждый технологический компьютер отслеживает до 2 000 параметров, необходимых для управления процессом, таких как температура, расход, давление, уровень жидкости и концентрация химических веществ. Эти измерения производятся выборочно; время между выборками варьируется от 2 до 120 секунд, в зависимости от относительной потребности в данных. Каждый компьютер управляет примерно 400 контурами управления с обратной связью. В нормальном режиме работы каждый компьютер управления поддерживает работу своего процесса на оптимальном или близком к оптимальному уровне производительности. Если параметры процесса выходят за пределы заданных нормальных или безопасных диапазонов, управляющий компьютер включает сигнальную лампу и звуковой сигнал, а также печатает сообщение с указанием характера проблемы для технического специалиста. Центральный компьютер получает данные от технологических компьютеров и выполняет расчеты для оптимизации работы каждого химико-технологического блока. Результаты этих расчетов передаются на отдельные технологические компьютеры в виде изменений заданных значений для различных контуров управления.
Этот тип компьютерного управления дает значительные экономические преимущества в обрабатывающей промышленности. Компьютерная иерархия способна интегрировать все данные от множества отдельных контуров управления гораздо лучше, чем это может сделать человек, что позволяет достичь более высокого уровня производительности. Компьютер может применять передовые алгоритмы управления для оптимизации процесса. Кроме того, компьютер способен распознать условия процесса, указывающие на небезопасную или ненормальную работу, гораздо быстрее, чем это может сделать человек. Все эти усовершенствования повышают производительность, эффективность и безопасность технологического процесса.
Как и в химической промышленности, в базовых отраслях металлургии (черная металлургия, производство алюминия и т. д.) многие процессы автоматизированы с помощью компьютерного управления. Как и химическая промышленность, металлургическая отрасль работает с большими объемами продукции, поэтому существует значительный экономический стимул для инвестиций в автоматизацию. Однако металлы, как правило, производятся партиями, а не непрерывно, и обрабатывать металлы в сыпучем виде обычно сложнее, чем химические вещества в потоке.
Примером компьютерного управления процессами в металлургической промышленности является прокатка горячих металлических слитков в конечные формы, такие как рулоны и полосы. Впервые это было сделано в сталелитейной промышленности, но подобная обработка также осуществляется с алюминием и другими металлами. На современном сталелитейном заводе горячая прокатка осуществляется под компьютерным управлением. Процесс прокатки включает в себя формовку большой горячей металлической заготовки путем пропускания ее через прокатный стан, состоящий из одного или нескольких комплектов больших цилиндрических валков, которые сжимают металл и уменьшают его поперечное сечение. Требуется несколько проходов, чтобы постепенно уменьшить слиток до нужной толщины. Датчики и автоматические приборы измеряют размеры и температуру слитка после каждого прохода через валки, а управляющий компьютер рассчитывает и регулирует настройки валков для следующего прохода.
На крупном заводе в любой момент времени на стане может находиться несколько заказов на прокат с различными техническими характеристиками. Для планирования последовательности и скорости подачи горячих металлических слитков через прокатные станы были разработаны управляющие программы. Задача управления производством, заключающаяся в планировании и отслеживании различных заказов, требует быстрого и масштабного сбора и анализа данных. На современных заводах эта задача эффективно интегрирована с компьютерным управлением работой прокатных станов, что позволяет создать высокоавтоматизированную производственную систему.
