Đo lường và điều khiển là gì?

Đo lường và điều khiển được ví như là bộ não và hệ thống thần kinh của một nhà máy hiện đại. Như bộ não của một vận động viên chạy bộ vận hành tay và chân cùng nhịp thở sao cho người đó có thể chạy nhanh và xa nhất. Tương tự như vậy, hệ thống đo lường và điều khiển có chức năng giám sát và điều khiển các quá trình trong nhà máy vận hành một cách mượt mà hiệu quả, tạo ra sản phẩm có chất lượng tốt, với chi phí vận hành rẻ nhất và an toàn cho người vận hành cũng như môi trường.

Đo lường và điều khiển quá trình (Process measurement and Control) hay còn gọi là tự động hoá quy trình công nghệ (Process Automation, Process Instrumentation and control, Instrumentation) là yếu tố sống còn đối với các doanh nghiệp sản xuất trong môi trường cạnh tranh hiện đại, sản xuất số lượng lớn với chất lượng đồng đều. Tự động hoá quy trình công nghệ giúp kiểm soát và tăng cường chất lượng sản phẩm, giảm thiểu phát thải các chất độc hại ra môi trường, giảm thiểu lỗi con người (human error) và tối ưu hoá các chi phí vận hành cùng nhiều lợi ích khác.

Trong công nghiệp, tuỳ thuộc vào số lượng sản phẩm được sản xuất và những yêu cầu về sản phẩm, mà quy trình điều khiển được chia thành các loại khác nhau, mà hai loại phổ biến nhất đó là quy trình liên tục (continuous process) hay quy trình sản xuất theo mẻ / lô(batch process).

Quy trình sản xuất liên tục bao gồm nguyên liệu thô đầu vào, trải qua nhiều quá trình xử lý liên tục và tuần tự để tạo ra sản phẩm đầu ra cuối cùng. Vật liệu đầu vào đi qua những công đoạn cụ thể, có chức năng cụ thể. Trong khai thác dầu khí, nguyên liệu thô từ các giếng khoan sản xuất là hỗn hợp cát-nước-khí-dầu, trải qua các quy trình xử lý loại bỏ cát, tách nước, tách khí và tách dầu, mà sản phẩm đầu ra sẽ là khí thu được đưa vào đường ống cấp cho các nhà máy điện đạm, sản phẩm dầu được chứa trong các tàu chứa để bán cho các nhà máy lọc dầu, nước được xử lý tách dầu đạt đúng tiêu chuẩn quy định của nhà nước và xả trở lại ra biển.

Điều khiển quá trình  liên tục (continuous and process control) được ứng dụng trong các quy trình sản xuất liên tục sao cho các thiết bị được điều khiển vận hành tối ưu trong giới hạn an toàn vận hành. Điều khiển quá trình liên tục là nền tảng của ngành công nghiệp tự động hoá (automation industry). Vì vậy, hiểu biết về các loại vòng điều khiển kín khác nhau và cách thức để điều chỉnh (tuning) các vòng điều khiển này có ý nghĩa quan trọng đối với các chuyên gia về tự động hoá và đo lường.

Quy trình sản xuất theo mẻ (batch) là quy trình sản xuất các vật liệu thô thành các lô sản phẩm có công thức pha chế và tuần tự theo từng lô. Ví dụ trong các nhà máy sản xuất dầu gội đầu của Unilever hay P&G, mỗi nhãn hàng dầu gội đều có công thức pha chế khác nhau tuỳ theo tính chất của sản phẩm, như Pantene thì suôn mượt hay Head and Shoulders thì chuyên về trị gàu. Trong quy trình sản xuất theo mẻ, các lô hàng nguyên liệu (hóa chất) được chuẩn bị, cân nặng, và sau đó tập hợp lại trong bể trộn lớn. Điều khiển tự động theo mẻ sẽ điều chỉnh tỷ lệ pha chế, tốc độ trộn và tỷ lệ sưởi ấm và làm mát. Sau khi một mẻ hoàn tất, nó được bơm vào một bể chứa và sau đó từ đó đưa về nơi đóng gói và dán nhãn.

Các định nghĩa:

Tự động hoá (automation): là một hệ thống hay phương pháp mà trong đó các quá trình sản xuất, giám sát các nguyên liệu hay các thành phần đều được vận hành và kiểm soát một cách tự động bởi các thiết bị điện tử hay các thiết bị có thể vận hành tự động.

Thiết bị Đo lường (instrument) là một hay vài thiết bị có chức năng hiển thị hoặc đo lường các thông số vật lý như lưu lượng, nhiệt độ, mức chất lỏng, áp suất hay các thông số hoá học và sinh học; các thông số đo lường có thể được dùng để điều khiển.

Đo lường (measurement) là cách thức đo để xác định số lượng, kích cỡ,…

automation. A system or method in which many or all of the processes of production, move-ment, and inspection of parts and materials are automatically performed or controlled by self-operating machinery, electronic devices, and so on.

instrument. Any of various devices for indicating or measuring conditions, performance, position, direction, and the like, or sometimes for controlling operations.

measurement. Extent, quantity, or size as determined by measuring.

Tham khảo: The Condensed Handbook of Measurement and Control - By N. E. Battikha

Nguồn: Siemens Process Instrumentation