拜耳材料科学和陶氏化学处于行业标准的前沿，这些标准承诺扩大程序自动化的吸引力，这是一种已知的系统设计和编程方法，可以简化控制，加强可重复性，提高连续过程的安全性。
对于比尔·雷来说，传播程序自动化的好消息不仅仅是在德克萨斯州Channelview的拜耳材料科学公司产生数百小时的生产力。这也是这位拜耳工程顾问回报职业的方式。他发现利用批处理控制来改进连续过程的好处太大了，以至于他不能把这个消息留给自己。
他解释说:“我希望看到更多的人采用这种方法，因为它可以在许多人们很少考虑批处理编程的地方提供真正的好处。”因此，他加入了ISA-106连续过程操作过程自动化标准委员会的一小群布道者，该委员会于2010年成立国际自动化学会(ISA, www.isa.org)自加入该委员会以来，他已成为该委员会的联合主席之一。
该委员会的任务是将一套紧密相关的方法正式化，这些方法是拜耳和其他运营商在几十年里为适应变化而开发的。这些方法被称为过程控制和基于状态的控制，它们将连续的过程分解为操作状态，并将从一种状态移动到另一种状态的过程自动化。委员会打算为这种形式的自动化开发跨行业标准，复制ISA在批处理行业的ISA-88和ISA-95标准所取得的成功。
流线型的变化
即使标准还没有到位，程序自动化也已经在简化连续过程中的操作变化，例如炼油厂为适应一船不同等级的原油可能做出的反应。另一个例子是对反应器进行调整，使其能够生产不同等级的聚合物。雷指出:“工厂中任何需要改变稳态并从a点到B点的事情，都可以通过编写良好的代码更有效、更高效、更安全地完成。”
大约13年前，在拜耳的Channelview工厂，Wray和他的同事开发了一种程序自动化的形式，以生产两种多元醇，一种是基于甘油的三醇，一种是基于丙二醇的二醇。催化剂技术的突破使他们能够将间歇式反应器转化为连续模式生产这两种多元醇。因为这两种产品属于不同的家族，所以它们不兼容，以至于操作人员必须每月两次从一个产品切换到另一个产品，并重新启动系统。
工程师们为反应堆的这些过渡阶段编写了程序脚本，如冷启动、跳闸后重新启动、关闭、去库存程序和速率变化。Wray说:“我们甚至有一种在反应堆上运行优化器(在多约束控制器上优化进给率)。”“尽管当时没有人称之为程序自动化，但事实就是如此。”
平稳过渡
对于已经拥有自动化批处理程序经验的用户来说，开发和自动化连续反应器的程序是拜耳在Channelview的工程和运营团队自然而然的下一步。Wray说:“凭借十几年的经验，我们已经开发了一些经过良好测试的自动化批量方法。”“我们有一个优秀、强大的人才库，他们知道如何以我们喜欢的方式进行自动化。这让程序控制变得轻而易举。”
即便如此，该团队发现，完成编程所花费的时间比过去批处理时要长。由于反应器每天运行一到四批，这取决于它正在制造的产品，批处理过程给了团队更多的机会来识别和调试程序。雷说:“随着持续运营，我们每个月大约有两家初创公司和两家倒闭。”“因为连续过程没有对代码进行太多的练习，所以花了更长的时间来解决错误。”
尽管调试周期较长，但启动时间较短，因为团队可以利用其自动化批处理过程的经验，并可以部署经过验证的技术。例如，程序员编写了一个脚本，允许在操作符遇到问题时中止一个过程。在重新加载之后，脚本将返回到它在序列中停止的位置。
Wray说:“我们还尽可能地模块化了程序，使我们能够轻松地插入更改。”“当我们遇到编码错误和其他问题时，我们会立即解决它们。如果你把它们写下来是为了以后修正它们，那么你肯定会忘记它们。”
自13年前连续生产以来，该反应堆从未生产过不符合规格的产品，而且生产效率更高。虽然是催化剂技术使从批量加工到连续加工的转换成为可能，但过程自动化使拜耳能够充分利用它。例如，自动化加快了转换。Wray报告说:“通过自动化去库存过程，我们减少了大约12小时的停机时间。“一年换24次，12个小时的制作时间就相当长了。”
另一个好处是分布式控制系统(DCS)和安全仪表系统(SIS)之间更好的协调。Wray说:“自动化系统与SIS通信，告诉它我们正在制作的食谱，并确认所有的值和行程设置都是正确的。”“所以，它也提高了安全性。”
倍增的好处
ISA-106委员会希望通过调整ISA-88批量标准中定义的设备和控制模块，在持续应用中增加这些好处。北卡罗来纳州Cary的BR&L咨询公司(www.brlconsulting.com)总裁Dennis Brandl说:“88标准为批处理系统所做的是指定了一种结构，用于组织控制代码的不同部分，以实现灵活性和可重用性。”Dennis Brandl是Wray在ISA-106委员会的同事。在该标准颁布之前，批处理控制程序的结构远没有那么统一。
对于控制连续过程的控制系统也存在类似的情况。Brandl指出:“在功能块、阶梯逻辑或其他可能使用的编程方法中，确实没有明确定义的过程结构。”“因此，106委员会正在调整88的设计模式和结构，以适应连续过程中使用的程序。”这些调整将解释批处理和连续处理之间的差异。
重用代码可以节省时间
委员会中的用户和供应商都希望从使用这些模型和结构构建的控制体系结构中获得类似的好处。重用代码模块的能力不仅应该减少编写、调试、验证和安装程序的时间，而且还应该相应地减少开发和安装成本。“使用88的人在做第一个项目时，无论是时间还是成本都减少了30%，”Brandl报告说。“在未来的实施中，他们将节省50%至70%的成本。”
行业标准结构的另一个优点是程序员可以分层开发代码，因此可以将操作程序与运行泵和其他基本设备的控制循环分离开来。由于不必担心运行每个设备的细节，操作员可以只关注特定层的过程。例如，在启动时，操作人员可以集中精力启动再沸器，将色谱柱填充到正确的水平，并使系统达到温度，而软件则负责阀门、泵和其他幕后设备。
分层结构
分层结构还允许嵌套，这样程序员就可以在生产层次结构中的各个层次上自动化过程，例如协调特定单元中的各个设备部件。以将再沸器加热到180度c为例，较低级别的程序负责打开所需的蒸汽阀门并设置必要的控制回路。然后在这些低级程序的基础上建立精馏塔的单元程序。工厂启动过程也可以构建在该单元级别之上。
采取渐进的方法
标准结构的另一个优点是编程可以以增量方式完成，允许工程团队随着时间的推移进行自动化。在一次关闭时做一些，在下一次关闭时做更多，而不是一次性自动化所有的事情，这在批处理操作中经常是这样的情况。只自动化部分，并使用软件提示操作员做其他部分。
确定哪些任务要自动化，哪些任务要交给有能力的操作员，关键在于风险和效益。如果你有一个放热过程，需要密切关注一些变量，管理风险可能是把钱花在自动化上的好地方。其他可能的任务是重复的低级任务，例如每天的过滤器刷新，占用操作员的时间。
从小事做起，循序渐进
一个好的方法是从小处开始，然后逐步做大。最好从底部的设备模块级开始，包括泵站、加热器、冷却器和压缩机等设备。这将为操作人员提供一些小的改进。这也会让他们看到最终产品的样子，因为更多的独立项目被组合成更大的控制元素。
基于状态的控制
连续过程实际上是在一系列可定义的状态下运行的，而不是真正连续的。过程工程师和高级操作员应该在初始阶段讨论如何将过程划分为状态，以建立基于状态的控制。这些状态中最基本的可能是启动、关机和正常运行。
“关闭”一词通常描述至少两种不同的状态。第一个是全面维护，关闭多周，所有东西都真的关闭了。另一种更好地描述为进程中断或等待状态。在这种情况下，流程的某些部分可能仍在运行，例如维护测量、警报或其他形式的监视的系统。
即使“正常运行”也很少是一个进程状态。例如，发电锅炉通常在三种基本条件下运行:满、四分之三和一半。不同的产品、微小的产品添加剂和设备的变化，如乙烯工艺中裂解炉的切换，也会引起状态的变化。由于这些变化，工艺工程师和高级操作员应该在讨论状态时包括吞吐量条件。
在识别每个状态时，创建完整描述状态的功能规范，包括警报和可视化需求。一旦定义了状态，就可以开始研究单元之间的交互了。
喜欢这篇文章吗?在这里下载完整的剧本。
