▲ Det ene bildet viser et komplisert oljeraffineri, det andre en enkel vannpumpe. Begge er prosesser, og Skatvedt bruker dem som eksempel på hvor viktig det er å forstå prosessen for å velge korrekt måleutstyr. ⇥begge foto: Colourbox (Bilde: colourbox/Thailand Smile)
Vannpumpe (Bilde: Colourbox/Myran)
Artikkelforfatter, Rolf Skatvedt
Sikkerheten i en prosess er helt avhengig av at instrumentene virker som de skal og at de er pålitelige, skriver Skatvedt. Det har Yara på Herøya tatt konsekvensene av. De har installert radiometrisk nivåmåling som står utenpå syretankene, dermed er driftssikkerheten økt i forhold til enklere flottørmålere som slet i det aggressive miljøet. Foto: Joachim Seehusen (Bilde: Joachim Seehusen)

Hva er en prosess og industrielle måleinstrumenter?

Alle industrielle måleinstrumenter må velges ut fra hvilken prosess de skal være en del av og på hvilken måte de skal opptre.

Prosessforståelse er en nødvendighet dersom de måletekniske målsettinger skal oppnås, det være seg for kjøp og salg eller styring og regulering. Typiske overordnete mål knyttet til industrielle målinger er nøyaktighet, usikkerhet, pålitelighet, og enkelhet knyttet til installasjon, igangkjøring og vedlikehold eller kalibrering. Det er ikke nødvendig å skyte «spurv med kanon» ei heller velge laboratorieutstyr for installasjon i industrielle prosessnære områder. Kost- og nytteevaluering av alternative måleløsninger er et av mange elementer som bør stå sentralt i valg av måleinstrumenter.

Målinger og instrumentering for lite gjennomtenkt

Definisjonen av en prosess

En prosess kan defineres som «et sett relaterte eller samhandlende aktiviteter som gjør om innsats til produksjon». En prosess er operasjoner eller en sekvens av operasjoner som medfører forandring i materialet som blir behandlet. De kan være alt fra enkle til meget kompliserte. En enkel prosess er å pumpe vann fra et sted til et annet. En mer komplisert prosess er å utvinne bensin fra råolje. Ingen prosesser er like. Det faktum at aktiviteter er gruppert sammen i klart identifiserte og avgrensete prosesser, gjør at en organisasjon kan rette sin oppmerksomhet mot resultatene for hver aktivitet. Enhver organisasjon må være opptatt av å identifisere sine prosesser, vite hvilke aktiviteter den består av, bestemme relasjoner, kontrollere og overvåke disse, og måle resultater mot forhåndsbestemte mål. Ved å definere prosessene, vil det bli lettere å forstå årsak/virkningsforholdet mellom prosessene og bedriftens totale ytelse. Et annet poeng i prosessbasert styring er at det lar kundebehov, gjeldende lovgivning og alle de andre kravene bedriften vil måtte rette seg etter, bli overført til prosessene på en klar og tydelig måte. Det som ikke kan måles kan ikke forbedres, derfor er det viktig å måle og analysere prosessen.

Les også: Mindre, lettere og raskere kontroll

▲ Det ene bildet viser et komplisert oljeraffineri, det andre en enkel vannpumpe. Begge er prosesser, og Skatvedt bruker dem som eksempel på hvor viktig det er å forstå prosessen for å velge korrekt måleutstyr. ⇥begge foto: Colourbox Bilde: colourbox/Thailand Smile

Fire viktige grep

En prosessbasert styringstilnærming gjør at styringssystemer kan ta i bruk en konfigurasjon hvor identifikasjon, kontroll, overvåking og forbedring av prosessene er avgjørende for å nå målene. Det er viktig å vedlikeholde og forbedre systemets effektivitet. Man bør spørre seg selv hvordan hver prosess påvirker integrering av kvalitet, miljø og yrkesrelatert sikkerhet. Handlingene som må gjennomføres av en organisasjon for å gi styringssystemet en prosessbasert tilnærming kan deles inn i fire grep:

  • identifisering og rekkefølge av prosessene
  • beskrivelse av hver prosess
  • overvåking og måling for å se hvilke mål som er oppnådd
  • forbedring av prosessene basert på målinger og overvåking

Målinger blir utført av instrumenter som direkte eller indirekte registrerer størrelsen på en variabel, eller eksistensen av en variabel, eksempelvis strømningsmengde. Sensorer som «føler på» prosessen og transmittere (måleverdiomformere) som overfører signalet fra sensoren til en avlesningsenhet eller regulator, er det vi normalt omtaler som prosess-måleinstrumenter. Kravene til måleinstrumenters usikkerhet og område varierer. Vi trenger måleinstrumenter som kan måle opp til flere lysår og andre igjen som kan måle noen få nanosekunder. En del prosesser trenger moderne instrumenter. En prosess er helt avhengig av instrumentene for å oppnå den riktige kvaliteten på produktet. Biler som trenger 95 oktan bensin skal slippe å kjøpe den dyrere 98 oktan bare fordi oljeselskapene synes det er lettere å lage 98 oktan.

Les også: Madshus først i verden med RFID-ski

Vannpumpe Bilde: Colourbox/Myran

Trenger pålitelige instrumenter

Pålitelighet og sikkerhet er viktige aspekter for at en prosess skal fungere tilfredsstillende for bedriften og omgivelsene. Sikkerheten i en prosess er helt avhengig av at instrumentene virker som de skal og at de er pålitelige. Effektiviteten til en prosess kan være følsom for hvor ofte prosess-måleinstrumentene blir kontrollert og vedlikeholdt. Høy effektivitet gir høyere produktivitet og lavere kostnader. Måleinstrumenter er med andre ord en prosess som inngår i en eller flere prosesser, eksempelvis en nivåmåler som måler nivået i en vanntank som igjen er en del av et vannrenseanlegg. Tar vi utgangspunkt i vanntanken og nivåmåleren er det viktig å finne overføringskarakteristikkene til delene som inngår i systemet som måle­usikkerheten til nivåmåleren. Dersom den er +/- 100 mm har reguleringen av nivået i tanken et variasjonsområde på 200 millimeter basert på nivåmålerens statiske usikkerhet. Variasjonsområdet kan være mye større dersom vanntankprosessen har liten kapasitet eller måleinstrumentet har høy dynamisk usikkerhet. Hvis inngangsverdien varierer langsomt nok vil de dynamiske variasjonsavvik være så små at man kan ignorere dem, men hvis inngangsverdien varierer raskt, kan den dynamiske usikkerheten bli så stor at den alene angir måleinstrumentets nøyaktighet. Et elements dynamiske nøyaktighet er en funksjon av hvordan inngangsverdien varierer, og det er derfor nødvendig å spesifisere typen av variasjon dersom dynamisk nøyaktighet skal angis.

Les også: Utfordrende målinger

Sikkerheten i en prosess er helt avhengig av at instrumentene virker som de skal og at de er pålitelige, skriver Skatvedt. Det har Yara på Herøya tatt konsekvensene av. De har installert radiometrisk nivåmåling som står utenpå syretankene, dermed er driftssikkerheten økt i forhold til enklere flottørmålere som slet i det aggressive miljøet. Foto: Joachim Seehusen Bilde: Joachim Seehusen

Sprangrespons

Den vanligste måten å spesifisere dynamikken til et prosesselement som et måleinstrument, tank, kabellengde, etc. er å ta utgangspunkt i en sprangrespons. Med dette menes at inngangsverdien forandres fra en konstant verdi til en annen. Hvis man tegner opp utgangsverdien som funksjon av tiden kan man få forskjellige resultater avhengig av måleelementets dynamiske nøyaktighet. Dynamikk-kurvene som tegnes opp som funksjon av et sprang i inngangsverdi gir informasjon om prosesselementets hurtighet og demping, hvilket igjen er gitt av frekvensrelaterte komponenter som eksempelvis kapasitans og induktans. Kapasitans er for en nivåtank mengde forandring per nivåforandring, eksempelvis uttrykt som kubikkmeter per meter, og en sirkulær tank som er 10 meter høy og er 5 meter i diameter vil således ha mye lavere kapasitans enn en 5 meter høy tank som er ca. 7,1 meter i diameter selv om begge tankene har tilnærmet lik kapasitet. Tidskonstant er et dynamisk begrep som er vanlig å benytte i forbindelse med prosesser og prosesselementer som et måleinstrument. Den vanligste definisjonen på tidskonstant er tiden i sekunder før utgangsverdien har nådd 63,2 % av ny sluttverdi når det gjøres et sprang på inngangsverdisiden.

Artikkelforfatter, Rolf Skatvedt
Artikkelforfatter, Rolf Skatvedt

Velg riktige måleinstrumenter

Det er imidlertid med tidskonstant (dynamisk nøyaktighet) som med statisk nøyaktighet og mange andre prosessattributter. Forskjellige angivelser benyttes, da kan man lett trekke feilaktige konklusjoner. En måler som har lang tidskonstant vil, hvis installert i raske prosesser, føre til måleavvik, eksempelvis for lav angivelse av fluid-strømninger. Benyttes trege sensorer eller transmittere i sikkerhet eller beskyttelsesrelaterte systemer som «anti surge control»-systemer for kompressorer, risikerer vi at surge eller pumping av gass frem og tilbake ikke blir oppdaget raskt nok til å beskytte mot kompressorhavari. Store kostnader knyttet til reparasjon og tapt produksjon kan være konsekvensen. Måleinstrumenter med rask respons kan gi falsk trygghet dersom de installeres på en måte som gir dødtid og tidskonstant, ref feil trykk avtapning og store dødvolum (eksempelvis filter, regulatorer, etc.) frem til der hvor måleinstrumentet føler på prosessvariabelen. Det er viktig å være klar over at alle signaltyper som for eksempel en stegforandring (puls) er bygd opp av forskjellige sinussignaler med forskjellig frekvens, grunnharmonisk og over/under harmoniske. Disse forskjellige sinusfrekvensene påvirkes forskjellig i en prosess og det vi får ut signalmessig i tidsplanet kan således avvike relativt mye i forhold til det vi putter inn.

Les også: Måler med akustiske overflatebølger