플랜트를 원활하게 운영하기 위한 중요 요소는 제어 루프의 성능을 최적화하는 것이다. 에머슨의 Mark Cough ran 프로세스 컨트롤 선임 컨설턴트는 제약 및 바이오테크를 포함한 산업에서, 루프의 최적화가 어떻게 제어 성능 프로그램의 일부가 됐는지 그 사례를 설명했다. 제어 성능은 운용 효율성, 규제 준수 및 PAT (Process Analytical Techno logy)와 함께 제조사가 초점을 맞춰야 할 중요한 분야다.
컨트롤 퍼포먼스 컨설팅 팀의 일원으로서, 스타트업을 간소화하고 기존 운용상의 제어 문제를 해결하며, PAT에 올바르게 반응하도록 제어 루프를 준비하는 등 생활 과학 분야의 제조사와 함께 작업한다. 루프가 진동이나 작업자의 개입 없이 새로운 설정점으로 원활하게 이동되게 하고, 유틸리티의 소비를 최소화하며 고급 제어를 실행하고, 플랜트의 인력을 교육시키는 것이 프로젝트의 목적 중 하나다. 이와 같은 팀은 플랜트의 인력과 함께 작업해 제어 알고리즘, 컨트롤러의 튜닝 또는 제어 밸브와 같은 기기 선택시 존재하는 한계를 플랜트의 생산과 분리시킨다.
이 팀의 대표적인 경력 사항에는 화학리액터와 바이오리액터, 원심분리기에 대한 배치 및 연속 제어를 꼽을 수 있다. 바이오리액터의 경우, Mark가 플랜트와 협력해 포유류의 세포와 조류 및 세균의 배양으로부터 생산을 최대화했다. 팀은 여러 종류의 발효기에 대한 작업도 진행했다. 1ℓ에서 20만ℓ까지 유리 및 강철, 백 타입(일회용), 교반형, 에어 리프트, 전기적으로 가열된 자켓형까지 다양하다.
바이오테크 제조사와 관련된 세포 생존능력에 핵심적인 루프에는 온도, 용존산소(DO) 및 pH가 포함된다. Mark는 제어 성능의 최적화 작업 후 ‘잔존하는’ 성능의 예에 대해 강조했다.
컨트롤러 OUT은 30%의 최대 값으로 제한된다. SP 증가시 컨트롤러는 올바른 시점에 이를 때까지 OUT을 최대 상태로 유지하며 이후 반응하지 않음으로써 PV와 SP 그래프와 관계가 형성된다(그림 1).
리액터 컨트롤러 OUT(자켓 온도 SP)은 섭씨 100도로 제한돼 있다. 초기의 최대 온도상승 비율과 이후 SP로의 PV의 원활한 접근 및 움직임이 존재하지 않는다는 점에 주의해야 한다(그림 2).
DeltaV의 동향 차트 Lambda Tuning이 슬레이브 플로우 루프(자동 조절 역학) 및 마스터 DO 루프(통합 역학)에 적용됐다. PV는 적절한 속도를 지니며 움직임이 없는 상태로 새로운 SP로 이동한다(그림 3).
