고급 프로세스 제어

Advanced process control

제어 이론에서, 고급 프로세스 제어(APC)는 산업 프로세스 제어 시스템 내에서 구현되는 광범위한 기술과 기술을 가리킨다. 고급 프로세스 제어는 일반적으로 기본 프로세스 제어 외에 선택적으로 배치된다. 기본 프로세스 제어는 프로세스 자체와 함께 설계되고 구축되어 기본 운영, 제어 및 자동화 요건을 용이하게 한다. 고급 프로세스 통제는 프로세스에서 특정한 성과나 경제 개선 기회를 다루기 위해 종종 수년에 걸쳐 후속적으로 추가된다.

공정관리(기본 및 발전)는 일반적으로 화학, 석유화학, 석유 및 광물 정제, 식품 가공, 제약, 발전 등을 포함하는 공정 산업을 의미한다. 이들 산업은 자동차, 전자제품 제조업과 같은 이산형 부품 제조업과 달리 지속적인 공정과 유체 가공이 특징이다. 프로세스 자동화라는 용어는 본질적으로 프로세스 제어와 동의어다.

프로세스 제어(기본 및 고급)는 분산 제어 시스템(DCS), 프로그램 가능 논리 제어기(PLC) 및/또는 감독 제어 컴퓨터를 의미하는 프로세스 제어 시스템 내에서 구현된다. DCS와 PLC는 일반적으로 산업적으로 강화되고 내결함성이 있다. 감독관제 컴퓨터는 종종 강화되거나 결함에 강하지 않지만, 더 높은 수준의 계산 능력을 제어 시스템에 가져와서 중요하지는 않지만 중요한 고급 제어 응용 프로그램을 호스팅한다. 고급 제어장치는 응용 프로그램에 따라 DCS 또는 감시 컴퓨터에 있을 수 있다. 기본 제어장치는 PLC를 포함하여 DCS와 그 하위 시스템에 위치한다.

고급 프로세스 제어 유형

다음은 잘 알려진 유형의 고급 프로세스 제어 목록이다.

  • ARC(Advanced Regulation Control, ARC)는 오버라이드 또는 적응 이득(그러나 모든 경우 "규제 또는 피드백")과 같은 몇 가지 입증된 고급 제어 기법을 말한다. ARC는 다른 범주에 속하지 않는 사용자 정의 기법이나 단순하지 않은 기법을 가리키는 데 사용되는 캐치 올(catch-all) 용어이기도 하다. ARC는 일반적으로 DCS 수준에서 기능 블록이나 사용자 정의 프로그래밍 기능을 사용하여 구현된다. ARC가 감독관제 컴퓨터 수준에 상주하는 경우도 있다.
  • APC(Advanced Process Control, APC)는 피드포워드(feedforward), 디커플링(decoupling), 추동제어(infeule control)와 같은 몇 가지 입증된 고급 제어 또한 APC는 아래에 설명된 모델 예측 제어를 포함할 수 있다. APC는 일반적으로 DCS 수준에서 기능 블록이나 사용자 정의 프로그래밍 기능을 사용하여 구현된다. APC가 감독관제 컴퓨터 수준에 상주하는 경우도 있다.
  • 다변량 모델 예측 제어(MPC)는 일반적으로 감독관제 컴퓨터에 구축되는 인기 기술로, 중요한 독립적이고 종속적인 프로세스 변수와 이들 사이의 동적 관계(모듈)를 식별하고 다중 변수 시뮬트 제어를 위해 매트릭스-함수 기반 제어와 최적화 알고리즘을 사용하는 경우가 많다.어처구니없는 MPC의 한 가지 요구사항은 모델이 컨트롤러의 작동 범위에 걸쳐 선형이어야 한다는 것이다. MPC는 1980년대에 감시 컴퓨터가 시스템을 제어하는 데 필요한 계산 능력을 처음 가져온 이후부터 APC의 중요한 부분이었다.
  • 비선형 MPC: 동적 모델과 행렬 산술 기반 제어를 통합한다는 점에서 다변량 MPC와 유사하지만, 모델 선형성에 대한 요구사항은 없다. 비선형 MPC는 다양한 공정 이득과 역학(즉, 데드타임과 지연 시간)을 가진 모델을 통해 공정을 수용할 수 있다.
  • 주안 측정: 추정 뒤에 있는 개념은 온도, 압력 등과 같이 쉽게 구할 수 있는 프로세스 측정에서 스트림 특성을 계산하는 것이며, 그렇지 않을 경우 직접 실시간으로 측정하기에는 너무 비용이 많이 들거나 시간이 많이 소요될 수 있다. 추론의 정확성은 실험실 분석과 주기적으로 교차 점검될 수 있다. 운영자 정보의 경우, 기본 계층 프로세스 컨트롤러로 계단식, 또는 다변량 컨트롤러 CV로 계단식 등 실제 온라인 분석기 대신 보조 장치를 사용할 수 있다.
  • 순차 제어란 연속적인 프로세스 내에서 발생하는 불연속 시간 및 이벤트 기반 자동화 시퀀스를 말한다. 이것들은 시간 및 로직 함수 블록의 집합, 사용자 정의 알고리즘 또는 공식화된 순차 함수 차트 방법론을 사용하여 구현될 수 있다.
  • 지능형 제어는 신경망, 베이지안 확률, 퍼지 논리, 머신러닝, 진화 연산, 유전자 알고리즘과 같은 다양한 인공지능 컴퓨팅 접근법을 사용하는 제어 기법의 일종이다.

관련 기술

다음의 기술은 APC와 관련되며, 어떤 맥락에서는 APC의 일부로 간주할 수 있지만, 일반적으로 자체(또는 자체적인) 위키 기사가 있는 별개의 기술이다.

  • 통계 공정 관리(SPC)는 명칭에도 불구하고 연속 공정 관리보다 이산 부품 제조 및 배치 공정 관리에서 훨씬 일반적이다. SPC에서 "공정"은 지속적인 공정관리가 아니라 작업 및 품질관리 프로세스를 말한다.
  • 일괄 공정 관리(ANSI/ISA-88 참조)는 많은 제약, 화학 및 식품과 같은 비연속 일괄 처리 공정에서 사용된다.
  • 시뮬레이션 기반 최적화는 동적 또는 정상 상태의 컴퓨터 기반 프로세스 시뮬레이션 모델을 통합하여 실시간, 즉 매시간부터 매일의 범위에서 정기적으로 보다 최적의 운영 목표를 결정한다. 이것은 때때로 APC의 일부로 여겨지지만, 실제로는 여전히 떠오르는 기술이고 MPO의 일부인 경우가 더 많다.
  • 제조계획 및 최적화(MPO)는 수작업으로 또는 경우에 따라 공정관리시스템에 자동으로 전달되는 최적의 운영목표에 도달하기 위한 지속적인 사업활동을 말한다.
  • 안전계통이란 물리적으로나 행정적으로 공정관리시스템과 독립적으로 공정의 기본적인 안전을 보장하는 것을 목적으로 하는 시스템을 말한다.

APC 비즈니스 및 전문가

APC 애플리케이션의 설계, 구현 및 유지보수를 담당하는 사람들을 흔히 APC 엔지니어 또는 제어 애플리케이션 엔지니어라고 부른다. 보통 그들의 교육은 전문 분야에 의존한다. 예를 들어, 공정 산업에서 많은 APC 엔지니어들은 공정 제어와 화학 처리 전문지식을 결합하여 화학공학 배경을 가지고 있다.

정유공장 등 대부분의 대형 운영시설은 현장 계측, 규제관리시스템(DCS·PLC), 첨단공정관리, 관제시스템 네트워크·보안 등 다수의 관제시스템 전문인력과 전문인력을 채용하고 있다. 이러한 인력은 시설 규모와 상황에 따라 여러 분야에 걸쳐 책임을 지거나 각 분야에 전담할 수 있다. 분야별로 지원 및 서비스를 위해 채용할 수 있는 공정관리 서비스 업체도 많다.

인공지능 및 프로세스 제어

프로세스 제어에서 인공지능(AI), 머신러닝(Machine Learning) 및 딥러닝(Deep Learning) 기법을 사용하는 것도 지능을 활용해 운영 파라미터를 더욱 최적화하는 첨단 프로세스 제어 접근법으로 간주된다.

석유와 가스의 공정 제어 시스템에서 수십 년 동안 운영 및 로직스는 경험과 운영 매뉴얼에 근거한 운영자의 상호작용과 함께 매개변수를 지시하는 물리학 방정식에 기초한다. 인공지능(AI)과 머신러닝(Machine Learning) 알고리즘은 동적 작동 조건을 들여다보고, 이를 분석하여 논리 매개변수를 직접 튜닝하거나 운영자에게 제안할 수 있는 최적화된 매개변수를 제안할 수 있다. 이러한 지능형 모델에 의한 개입은 비용, 생산 및 안전의 최적화로 이어진다.[1]

용어.

  • APC: 피드포워드, 디커플링, 인퓨전트 및 사용자 지정 알고리즘을 포함한 고급 프로세스 제어. 일반적으로 DCS 기반에 대한 의미를 내포한다.
  • ARC: 적응 게인, 오버라이드, 논리, 퍼지 논리, 시퀀스 제어, 장치 제어 및 사용자 지정 알고리즘을 포함한 고급 규제 제어. 일반적으로 DCS 기반에 대한 의미를 내포한다.
  • 베이스 레이어: DCS, SIS, 필드 장치 및 분석기, 장비 건강 시스템 및 PLC와 같은 기타 DCS 하위 시스템 포함.
  • BPCS: 기본 프로세스 제어 시스템("기본 계층" 참조)
  • DCS: 분산 제어 시스템, 종종 BPCS와 동의어
  • MPO: 제조 계획 최적화
  • MPC: 다변량 모형 예측 제어
  • SIS: 안전 계측 시스템
  • SME: 주제 전문가

참조

  1. ^ "Oil and Gas, AI, and the Promise of a Better Tomorrow". SparkCognition Inc. 2016-04-06. Retrieved 2018-03-23.

외부 링크

  • 고급 프로세스 제어에 대한 문서.