VPS zur Unterstützung der Inbetriebnahme von verfahrenstechnischen Anlagen. Dirk-Uwe Astrath Verfahrenstechnik & Engineering

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1 VPS zur Unterstützung der Inbetriebnahme von verfahrenstechnischen Anlagen Dirk-Uwe Astrath Verfahrenstechnik & Engineering

2 Was ist ein VPS? Realität Anlage PLS Virtualität Dynamisches Prozessmodell Kopie des echten PLS Trainer , Dortmund Gerhard Seite 2

3 VPS mit PLS Emulation Simulationsserver gleiche Softwareumgebung Instructor-Station Operator-Station Ethernet Bedienung mit generischer PLS-Oberfläche + unabhängig von PLS-Fertigstellung, frühzeitiger Beginn der Ausbildung + geringe Kosten für Bedienoberfläche, zusätzliche Informationen darstellbar + nur 1 VPS für baugleiche/ähnliche Anlagen mit unterschiedlichen PLS - Bedienoberfläche ist nicht identisch mit PLS der realen Anlage - PLS Konfiguration kann nicht vor Start-up getestet werden PLS Emulation wird häufig bei kleineren VPS-Projekten eingesetzt , Dortmund Gerhard Seite 3

4 VPS mit PLS Anbindung Simulationsserver PLS Anwendung Hardware-Emulation, original Software OPC Instructor-Station Ethernet Application-Station Operator-Station Anbindung an Original-PLS + Verwendung der realen PLS Bedienoberfläche in Ausbildung + PLS Konfiguration kann getestet werden - hohe zusätzliche Kosten durch PLS Hardware/Software und Anbindung - VPS erst einsatzfähig wenn PLS fertig gestellt ist - VPS-Entwicklung muss im Projektverlauf berücksichtigt werden (PLS Fertigstellung 9-12 Monate vor Start-up) , Dortmund Gerhard Seite 4

5 Evonik Detailgetreue, dynamische Echtzeitsimulation basierend auf Inhouse Know-How Einsatz eines generischen PLS in der Entwicklungsphase Anbindung ans reale Leitsystem zur Fertigstellung VPS dient zum Operator Training & vielem mehr , Dortmund Gerhard Seite 5

6 Aber wozu? Eine neue Anlage, ausgelegt anhand einer stationären Simulation funktioniert die Start-Up Prozedur? kann die Anfahrmannschaft die Prozedur umsetzen? ist das Prozessleitsystem richtig konfiguriert? Antworten gibt ein VPS! , März Dortmund DG-TE-VT-C Gerhard Page Seite 6 6

7 Einsatz eines VPS.. im Projektteam Prozessdynamik studieren Betriebsabläufe überprüfen Validierung PLS-Konfiguration Reglerparameter ermitteln Ablaufsteuerung testen , Dortmund Gerhard Seite 7

8 VPS zur Unterstützung der Projektmannschaft Prozessdynamik Überprüfung der Prozessführungsstrategie auch bei Störungen, Lastwechsel Überprüfung der Anfahrstrategie Beispiel Wärmeintegration p 1 Dynamik komplexer Verschaltungen und Rückführungen, Wärmeintegration, Brüdenkompression Reaktionsgase p 2 >p 1 p 2 Prozessoptimierung sind alle Apparate und Leitungen zum Anfahren vorhanden oder notwendig? sind zusätzliche Messstellen erforderlich? Prozessanalyse und Debottlenecking VPS muss frühzeitig verfügbar sein (mit emuliertem PLS)! , Dortmund Gerhard Seite 8

9 PLS Konfiguration überprüfen Ist das PLS richtig konfiguriert? Wirkrichtung von PID-Reglern Einheiten von Messstellen Überprüfung der Verknüpfungen Funktionieren Ablaufsteuerungen so wie gewünscht? Ist die grafische Oberfläche klar gestaltet und gut zu bedienen? Viele Fehler können schon vor der Inbetriebnahme korrigiert werden Start-up Team wird entlastet und Anlage ist schneller produktionsbereit , Dortmund Gerhard Seite 9

10 Optimierung Prozessführung Reglerstrukturen überprüfen und optimieren mit dynamischer Simulation können... problematische Regelkreise identifiziert werden alternative Reglerstrukturen effizient getestet werden Beispiel Änderung Regelungsstruktur verbesserte Regelung PC TC Analyse mit VPS PC kleiner Hebel für Druckregelung Regeltemperatur muss zu gefordertem Druck passen Split-Range Regelung Temperatur ungeregelt , Dortmund Gerhard Seite 10

11 Optimierung Prozessführung Reglerstrukturen überprüfen und optimieren mit dynamischer Simulation können... problematische Regelkreise identifiziert werden alternative Reglerstrukturen effizient getestet werden Reglerparameter vorab tunen Kommunikation mit VPS per OPC und PIMS-Server Einsatz von Standard-Werkzeugen für effiziente Reglereinstellung Betriebsversuche am VPS verursachen nur geringe Kosten Simulations-Server PLS-AS PIMS-Server, Reglertuning PLS-Emulation Anbindung an reales PLS Während Inbetriebnahme kaum Reglereinstellungen notwendig, Automatisierung der Anlage funktioniert von Anfang an! , Dortmund Gerhard Seite 11

12 APC Entwicklung Potential für APC Lösungen mit rigorosem dynamischem Modell abschätzbar Modellerstellung für Mehrgrößenregler am VPS schnelle Übertragung auf reale Anlage möglich Simulations-Server PIMS-Server, Reglertuning Beispiel Folgeregelung für Reaktorlast PLS-AS Modellbildung APC-Server FC LC L FC APC LC L FC Entwicklung, Modellierung und Erprobung direkt am VPS noch vor Inbetriebnahme , Dortmund Gerhard Seite 12

13 Einsatz eines VPS zur Ausbildung Prozessverständnis entwickeln Fähigkeiten entwickeln & verbessern Training bei kritischen Anlagenzuständen Erfahrungen austauschen Performanceüberwachung , Dortmund Gerhard Seite 13

14 Einsatz eines VPS im Betrieb Fähigkeiten aufrecht erhalten Alternativen evaluieren Ereignisanalysen , Dortmund Gerhard Seite 14

15 VPS zur Ausbildung der Betriebsmannschaft Vor dem Start-Up Trainieren von Anfahren und Abfahren, Lastwechsel Trainieren von Störszenarien Beispiel Vermeiden der Ex- Zone bei Start-up O 2 Vertiefung von Prozessverständnis Intensive Ausbildung am VPS mit Trainer aber auch eigenverantwortliches Lernen Lernkurve nicht am realen Prozess (Vorteil > 2 Wochen) Edukt Ex-Zone Inert Nach dem Start-up Fähigkeiten aufrecht erhalten in hochautomatisierten Betrieben durch regelmäßiges Training Ereignisanalysen Aber Wartung des VPS erforderlich, Modellpflege, Aktualisierung des PLS, , Dortmund Gerhard Seite 15

16 Wie entsteht ein VPS bei Evonik? Stationäre Simulation Validierung Modifikation Apparatedaten, Kennlinien, Reduktion Selektion Sub-Simulator pro P&ID Verschaltung & Anpassung PLS- Anbindung VPS P&IDs Start-Up Test Akzeptanztest mit Projektverantwortlichen , Dortmund Gerhard Seite 16

17 Software base for a VPS Indiss INDISS Industrial Integrated Simulation Software based on unit operations pressure driven flow new dimension in true to detail condition empty & cold is possible generic DCS functions , Dortmund Gerhard Seite 17

18 Erfahrung verfügbar machen , Dortmund Gerhard Seite 18

19 Project execution , Dortmund Gerhard Seite 19

20 Nachgewiesener Nutzen Generische Oberfläche - Frühzeitige Nutzung des VPS für Projektteam - Validierung und Optimierung der Anfahrstrategie - Einbindung in Operatorschulung (Prozessverständnis fördern) VPS Allgemein - Lernkurve nicht am realen Prozess (Vorteil > 2 Wochen) - Deutliche Verminderung von Bedienfehlern - Frühzeitige Identifikation von Regelparametern - Verbesserung der Regelkonzepte, frühzeitige Einführung von APC Durch den Einsatz des VPS konnte das Operations-Team bestens trainiert an den Start gehen. Ein hervorragendes Tool zur Qualifizierung von Mitarbeitern, zur Optimierung des PLS und zur Voreinstellung von Regelparametern. VPS hat wesentlich zum Erfolg beigetragen , Dortmund Gerhard Seite 20

21 , Dortmund Gerhard Seite 21