Linjer på et prosessflytdiagram (PFD) indikerer materialflyt. I kontrast, på et rør- og instrumentdiagram (P&ID), kontrolloverlegget for PFD, representerer linjene informasjonsflyt. Material- og informasjonsformidling er forskjellig, og du må forstå forskjellen for å forstå P&ID, og mer for å designe en kontrollstrategi.
Bedrifter ser ut til å ha individuelle nyanser til begge diagrammene, men i hovedsak indikerer PFD prosessenheter og rørforbindelser med en legende som har steady-state designverdier for strømningshastighet, temperatur, trykk og sammensetning av hver strøm. Tegninger av prosessenhetene har vanligvis en form som en klassisk enhetssilhuett.
Vanligvis viser P&ID kontrollenhetene og kommunikasjonsforbindelsene som forbinder dem overliggende på PFD. Enhetene har vanligvis geometriske former og identifikasjoner foreskrevet av ISA Standard ANSI/ISA-5.1.
Det er viktig for nykommere å forstå skillet mellom prosesslinjer som formidler materiale og kommunikasjonslinjer som formidler informasjon. Tenk på at på en PFD, hvis en linje representerer væske med en strømningshastighet på 100 gpm og linjen er delt med ett ben som har 30 gpm, må det andre benet ha de komplementære 70 gpm. Strømningshastigheten gjennom ledningene må bevare materialbalansen.
Generelt må material- og energibalansen på ethvert kontrollvolum på en PFD lukkes. I kontrast, i en P&ID, betyr kommunikasjonslinjer data om noe. Sendeenheten kan kringkaste meldingen «Flowrate of A15 is 100 gpm», og hvis denne informasjonen går til to steder, for eksempel en kontroller og en skjerm, hører begge «100 gpm». Verdien er ikke delt. På samme måte, hvis 10 000 mennesker på et stadion hører kunngjøreren si: «Kannens baseballhastighet var 90 mph», hører de ikke hver at hastigheten var 0,009 mph.
Enhetskommunikasjonslinjer på et kontrolloverlegg kan referere til strømningshastighetene, sammensetningen og tilstanden til materialet som transporteres i rørene. Men informasjonskommunikasjonen refererer også til tilstander i en prosess, for eksempel nivået i kondensatmottakeren eller temperaturen på skuff 5. P&ID-linjene kan overføre verdiene til slike interne tilstander, selv når disse beskrivelsene ikke strømmer inn eller ute.
På en P&ID vises både prosessflytlinjene og overføringslinjene for kontrollerinformasjon. For å skille hva de betyr, synes jeg det er nyttig å plassere meldingen hver kontrollenhet “sier” i en dialogballong, slik den ville bli tolket på menneskelig språk.
Overfører informasjon
Hver enhet overfører fire deler av informasjon: hvem den snakker med, etiketten, verdien og enhetene. Pass på at du inkluderer alle fire. For eksempel, i en enkel sekundær strømningskontrollsløyfe, den nedre sløyfen i en kaskadestrategi, kan strømningstransmitteren snakke med den sekundære kontrolleren og si: “Hei FIC304, refluksstrømningshastigheten er 83 gpm.” Hvem det henvender seg til er “FIC304”, og etiketten er “refluksstrømningshastighet.” Størrelsen er “83”, og enhetene er “gpm.”
Settpunktet til strømningsregulatoren fra en primær temperaturregulator kan si til den sekundære regulatoren, “Hei FIC304, settpunktet for refluksstrømningshastigheten er nå 86 gpm.” Etter å ha tenkt litt på disse meldingene, forteller FIC304 til i/p-enheten: “Hei FY304, be ventilen gå til 51 % åpen.” Så sier FY304 til ventilen: “Hei, FCV304, gå til 48 % åpen.” (FY304 var ikke perfekt kalibrert.)
For å få studentene på prosesskontrollkurset mitt til å forstå betydningen av kontrollsignalene, har jeg fått dem til å legge til dialogballonger til alle kontrollenhetene på en P&ID. Svarene deres er en sterk indikasjon på om de forstår kontrollenhetene. Noen har for eksempel kontrolleren som sier: “Ventil, strømningshastigheten er for lav, øk den.” Andre tenker på kontrolleren som en menneskelig hjerne, og sender flere forskjellige signaler til hver av flere enheter. En hadde strømningssenderen som sa: “Se legenden for en beskrivelse av denne strømmen.” Å eksplisitt plassere kommunikasjonsdiskursen i ballonger er en god måte for nybegynnere å selvvurdere at de forstår funksjonsdelingen i en kontrollsløyfe. En student som fikk det var morsomt kreativ i en designøvelse for destillasjonskontroll. Han brukte en Star Trek-kontekst og etterlignet hvordan enkeltpersoner fra USS Enterprise (NCC-1701) kunne adressere og sende informasjon til hverandre som om de var stasjonert på P&ID.
Hvis du gjør dette, gjør det privat, ikke på diagrammet at du er rød for at andre skal se endringene du ønsker!
Forstå enhetsspråk
I virkeligheten er ikke kommunikasjonen på menneskelig språk. Enheter kommuniserer ofte i en skalert signalverdi (3-15 psi, 4-20 mA, % av full skala, binære tellinger, etc.). Selv om kommunikasjonspakker mellom enheter på et lokalnettverk (LAN) må ha adressen, etikettene, verdiene og enhetene, avslører plasseringen av kommunikasjonslinjene mellom enheter på en P&ID implisitt mesteparten av denne informasjonen. Sendemeldingen trenger bare den skalerte verdien av størrelsen. Så jeg instruerer elevene til også å inkludere “språket” som enheten faktisk snakker i enhetsdialogøvelsen.
Hvis enhetsspråket er prosent av full skala, er verdien som overføres %=100 (X−Xmin)/(Xmax−Xmin), hvor X er verdien av variabelen som beskrives. Hvis enhetens utgang er mA, da i=4+16(X−Xmin)/(Xmax−Xmin).
Innføre tilregnelighetskontroller
Jeg gir også elevene følgende veiledning for å bruke som helsekontroll for enheter i en kontrollsløyfe de designer:
1. Sensor/sendere: Kun ett signal ut. Ingen signaler inn. Utgående signal kan bare rapportere staten, det kan ikke tolke.
2. Siste kontrollelementer: Kun én informasjonsinngang. De tenker kanskje «bestem deg, du fortsetter å fortelle meg at jeg skal endre meg». Men det er ingen informasjon ute. Du kan ikke sette to FCV-er i serie. Hvert siste kontrollelement må ha én, og bare én, kontroller som gir den retninger.
3. Signalomformere: Ha ett signal inn og ett signal ut. De konverterer bare fra ett enhetsspråk til et annet, for eksempel strøm til pneumatisk, eller % til mA. Selv om enhetsspråket kan endres fra 12 mA-inngang til 9 psig-utgang, er den menneskelige språkbetydningen av signalet uendret. For å lage et utgående signal trenger svingere en strømkilde. Det kan være et batteri eller instrumentlufttilførselstrykk.
4. Aritmetiske funksjonsblokker: De kan bare gjøre en enkel beregning. De kan ha ett eller flere inngangssignaler, men bare én utgang. De kan ikke kommentere konteksten, men bare avsløre resultatet av regnestykket. Operasjonen kan være en kvadratrot, et forhold, et tillegg eller en forskjell. Den menneskelige språktolkningen av inngangene (etikett og enheter) må samsvare med det som trengs i den aritmetiske ligningen.
5. Velg blokker: Ha to eller flere innganger og en utgang. Alle innganger må ha samme etikett, kategori og enheter som utgangen.
6. Kontrollere: Vanligvis har de to innganger, CV og SP, og en utgang, CO. De to inngangene må ha samme etikett og enheter. Utgangen kan gå til det endelige elementet eller til en annen enhet, for eksempel en multiplikasjonsblokk eller en kontroller. Hvis ekstern reset-feedback (erf) brukes, har kontrolleren en tredje inngang, erf-signalet, som må være nøyaktig det samme som kontrollerens utgang når kontrolleren er aktivt ansvarlig. Kontrolløren dømmer eller tolker ikke. Den gjør bare en enkel beregning, og gir deretter en utgang som er en informasjonserklæring for den påfølgende enheten å bruke. En kontroller kan bare ha en utgangsinstruksjon til ett siste kontrollelement.
7. Signaler: Må ha en kilde. De fleste er innenfor kontrollsløyfen, men en SP kan legges inn manuelt. Informasjonssignaler kan dele og formidle nøyaktig samme informasjon til et hvilket som helst antall enheter. Informasjonssignaler kan bare kombineres i funksjonsblokker.
“Smarte” enheter
Selvfølgelig kan “smarte” enheter overføre tilleggsinformasjon om deres interne tilstand, og de kan måle flere aspekter av en prosess, ikke bare én. Men ikke tro at begrepet “smart” betyr at enhetene kan tolke eller forstå. Dessuten, når enheter er på et LAN, er ikke signalutgangene og inngangene direkte koblet fra en enhet til den andre. Ved bruk av multivariable kontrollere kan det være flere innganger og utganger til den enkelte kontrolleren. Når nybegynnere får det grunnleggende, som skissert ovenfor, kan de gå mot å legge til nye funksjoner i kommunikasjonen.
Jeg oppfordrer høyskoleinstruktører til å duplisere disse øvelsene med studentene sine, og mitt håp er at denne artikkelen vil hjelpe nybegynnere i karrieren med å utvikle potensialet sitt.