Что такое КИПиА и зачем промышленности измерения

КИПиА - это не отдельный прибор и не один шкаф автоматики. Это совокупность средств и методов, которые позволяют получить достоверную информацию о технологическом процессе и, при необходимости, автоматически воздействовать на него. Практическая логика почти любой системы выглядит так: измерить состояние -> передать информацию -> сравнить с требуемым состоянием -> принять решение -> воздействовать на процесс -> снова измерить результат.

На производстве нельзя управлять тем, чего не видно и не измерено. Внутри закрытого трубопровода оператор не может на глаз определить давление, расход или температуру. В резервуаре может находиться агрессивная, горячая или токсичная среда, поэтому физическое измерение линейкой невозможно. В химическом аппарате изменение температуры на несколько градусов может влиять на скорость реакции, а рост давления - на безопасность. Поэтому первая функция КИПиА - превратить физическое состояние процесса в измерительную информацию.

Эти понятия часто смешивают, хотя они описывают разные действия. Измерение отвечает на вопрос: «Каково значение величины сейчас?». Например, датчик сообщает, что температура продукта равна 74 °C. Контроль отвечает на вопрос: «Находится ли значение в допустимых пределах?». Если нормальный диапазон 70-80 °C, то 74 °C допустимо. Регулирование отвечает на вопрос: «Что сделать, если значение отличается от требуемого?». Если задано 80 °C, а фактически 74 °C, система должна увеличить теплоподвод или изменить другой управляющий параметр.

Дополнительно система может выполнять сигнализацию и защиту. Сигнализация предупреждает оператора о выходе параметра за установленную границу. Защита выполняет заранее определенное действие при опасном состоянии: например, останавливает насос, закрывает отсечной клапан или запрещает запуск оборудования.

Представим бак, который должен быть заполнен примерно на 70 %. Без автоматики оператор периодически смотрит на стеклянный указатель уровня и вручную открывает или закрывает клапан подачи. Если оператор отвлекся, бак может переполниться или опустеть. Автоматизация решает эту задачу иначе. Датчик уровня непрерывно определяет фактический уровень. Контроллер сравнивает его с заданием. Когда уровень уменьшается, контроллер увеличивает открытие клапана. Когда уровень приближается к заданию, подача уменьшается.

Главная мысль: прибор сам по себе не «управляет заводом». У каждого элемента своя функция. Датчик получает информацию, контроллер принимает решение, исполнительный механизм изменяет реальный процесс.

Автоматизация применяется не только ради экономии персонала. Ее основные цели шире: стабильность качества продукта, повторяемость технологического режима, снижение расхода сырья и энергии, повышение производительности, снижение влияния человеческого фактора, ведение истории параметров и, самое важное, поддержание безопасных границ процесса. В промышленной практике именно безопасность и устойчивость технологического режима являются базовыми причинами применения process control.

Для трех объектов - водяной бак, сушильная камера и насосная станция - составьте по одной цепочке «что измеряем -> чем измеряем -> что должно измениться». Пример для сушильной камеры: измеряем температуру воздуха -> температурным датчиком -> при недостаточной температуре увеличиваем мощность нагрева.

• Чем измерение отличается от регулирования?

• Почему показание датчика еще не является системой автоматического управления?

• Какие функции, кроме измерения, может выполнять система КИПиА?

• Почему безопасность относится к основным задачам автоматизации?

• Назовите минимум три физических параметра, которые невозможно надежно контролировать «на глаз» в промышленном процессе.