你真正控制的是什么?

当设计一个系统并使其自动化时，过程叙述通常处于比编程语言更高的层次。许多专业人员涉及各个领域:过程、机械、电气、编程、安全、环境合规等。因此，沟通成为一个严重的问题。从过程语言到程序语言，对各种语言的需求进一步加剧了这一问题。

叙述可能会讨论打开阀门或排空水箱。但这并不是被控制的。这些都是任意自动化操作所期望的最终结果。同样，这些期望的目标可能无法精确测量。事实上，它们可能根本不可能。例如，抽干一个水箱可能会导致你的泵通过漩涡空化很久之前，水箱实际排干。因此，在这种情况下，我们可以设计一个批处理过程，要求在开始下一批之前将5000加仑的平底罐清空，但我们需要在罐底留下500加仑以保护泵。是的，有很多方法可以解决这个问题，每个经验丰富的工程师都多次遇到过这个问题，但我们必须首先理解问题，然后寻求解决方案。这个问题非常清楚和简单地突出了这些问题。在这一点上，我们的过程叙述不再真正代表我们的实际过程了。

我们的立场是什么?

当过程叙述并不能真正代表过程，而只是抽象的期望时，那么结果是无法达到的，因为控制算法是基于错误的叙述。然后，程序用一种低级得多的语言，发出与算法不相符的命令，但只是试图满足这些请求。另一个问题是，许多执行器要么是手动设置的，要么是开环控制的，这使得可编程逻辑控制器(PLC)对物理过程中发生的许多事情视而不见。

叙述可能会说填满水箱，让混合物达到稳定状态，然后排干水箱。该算法从油箱上的高级开关中寻找信号，启动计时器，并等待计时器停止。然后它会告诉水箱上的自动控制阀打开。接下来，泵启动并运行，直到低电平开关信号到达PLC。然后泵就会关闭，阀门也会关闭。

程序等待一个信号。然后向电动阀门发送信号。从节约成本的角度考虑，阀门采用开环控制。因此，程序等待一段计算出来的时间，这段时间应该允许阀门打开。现在泵被打开了，也许是软启动，也许是变频驱动(VFD)。我们希望水泵能运转起来。最后，信号从低电平开关到达PLC。PLC关闭泵。它再次等待一段计算出来的时间，直到泵运行下来并停止。然后向阀门发送信号关闭阀门。

现在想想所有可能出错的地方。从字面上看，在这个过程的每一步，命令都是不要“排干油箱”。也不确定油箱是否应该被排干。该系统有足够的时间来进行预期的反应，例如漂白，但这个过程可能还没有完成。

对控制过程的反馈

过程中只有两个步骤对控制有反馈，然后是零冗余。这种反馈是一种简单的水平切换。如果高位开关失灵，那么要么是油箱溢出，要么是在油箱只有半满时泵打开了。如果低液位开关失效，则泵出现空化或提前停止运行，使油箱半满。如果阀门没有打开，那么泵空化和批可能坐在那里太久，被毁了。如果阀门没有关闭，那么储罐将通过离心泵排放，所有未来批次以及下游工艺都将受到影响。那不是很有趣吗?如果泵没有启动，结果可能是溢出或浪费批次。对于每一个问题，总是有一个相关的安全和/或环境合规的考虑。

大多数人不会对结果进行规划。编程通常要经过许多步骤才能得到我们想要的东西。结果可能无法实现，留下一些有待解决的问题。如果在设计或实施过程中，从最初的过程范围到操作，任何人都存在沟通错误或不正确的假设，结果就不可能如预期的那样。结果可能行不通。如果在系统中留下太多的手动操作和开环控制，PLC将会盲目运行。它会根据假设发出命令，并希望之前的命令得到遵守，并且有足够的时间来完成它们。在这一点上，问题可以迅速地串联起来。另一个缺点是计时中的程序缓冲区，当所有这些加起来时，可能会大大减慢进程。自动化的原因之一是优化流程运行时间，而不是减慢流程运行时间。

失效模式影响分析

没有什么神奇的药剂。然而，有一些工具可以提供帮助。一个有用的工具是失效模式影响分析(FMEA)，它遵循上面的过程，但更正式一些。拿起每一个组件和每一个任务，然后问:

• 哪里会出错呢?
• 它发生的可能性有多大?
• 它会对个人、环境、经济或过程造成多大的损害?
• 我们可以提前在系统中设计什么来处理它?

结果令人惊讶。网上有许多模板和教学材料可以帮助你做到这一点。也有顾问可以帮助开发结构化的FMEA程序。

第二个工具是采取叙述中的每个过程步骤，并将其分解为那些特定的PLC输入和输出，并再次对每个步骤执行FMEA，然后将它们串在一起。不要只在个别步骤上这样做，也要在失败的情况下按照步骤去做，看看最终的结果会是什么。这样做可以构建一个决策树，让每个行动的结果，无论好坏，都产生一个新的分支。下图是电动阀门FMEA的简化示例。这个例子包括一个任务的三种可能场景——打开阀门。现在，当将其放入整个流程树中时，流程树中会冒出三个新的分支。当然，阀门和驱动装置也可能出问题;有更多可能的结果和更多的选择来处理它们。每个项目都需要自己的分析。

要知道什么是被控制的

综上所述，必须意识到什么是被控制的。我们不是在“排水”。这只是一个充满希望的最终结果。将过程叙述的高级语言翻译成控制程序的详细语言。请注意，控制叙述并不是告诉组件该做什么，而是呈现一个逐步实现与控制叙述相匹配的结果的尝试。需要注意的是，许多决策都是基于操作人员是否正确设置了所有462个手动阀，以及208个开环驱动组件是否正确操作。从仪器中读出的概念是对实际发生的事情的概念表示。例如，水箱中的热电偶正在读取某一点的特定温度，而不是整个水箱内容物的平均温度，也不是最大值或最小值:只是在一个特定点的特定读数。

在结合FMEA和过程树之类的工具时，记住这些事情将有助于自动化实现过程叙述所寻求的结果。

Paul Brake拥有机械工程学位，辅修商业管理，电工认证，以及近三十年的工程和制造经验。他的经验涵盖水和废水设备和系统设计，炼油厂，林业，采矿，冶炼，制造业和定制工厂自动化。他专门从事机械设计，重点是水和废水工业。他在加拿大和美国被列为膜生物反应器专利发明人。编辑乔伊·张，数字项目经理，控制工程，jchang@cfemedia.com．

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关键概念

• 必须意识到什么是被控制的。将过程叙述的高级语言翻译成控制程序的详细语言。
• 请注意，控制叙述并不是告诉组件该做什么，而是呈现一个逐步实现与控制叙述相匹配的结果的尝试。
• 有一些工具可以提供帮助。例如，更正式地遵循控制过程的失效模式影响分析(FMEA)。

考虑一下这个

在自动化过程中，你使用什么样的工具来确定被控制的是什么?

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