Germany s next Simulation Model Besser automatisieren in der Prozesstechnik

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1 Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig Leipzig University of Applied Sciences Germany s next Simulation Model Besser automatisieren in der Prozesstechnik Tag der Wissenschaft 08. Juni 2016 Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik

2 Einleitung Test des Automatisierungssystems an der Simulation 2

3 Einleitung Virtuelle Inbetriebnahme (VIBN) 3

4 Einleitung Ziele der VIBN Geringere Entwicklungszeiten Höhere Softwarequalität Sicherheitskritische Tests Reproduzierbare Tests Schulungen der Anlagenbediener Absicherung im Umbaufall Monitoring nicht direkt messbarer Größen Modellbasierte Regelungen erhöhen die Effizienz Verlagerung von Arbeitszeit von der Baustelle ins Büro Reduzierte Risiken und Kosten 4

5 Einleitung VIBN Stand der Technik Person in der Nähe? Hoher Nutzen der VIBN Startposition einnehmen Die VIBN ist ein etabliertes Werkzeug in vielen Industriebereichen Verfügbare Lösungen adressieren den Steuerungstest Startposition erreicht? Ja Nein Steuerung beschreibt diskrete Ereignisse mit binärer Logik Schweißen Nein Ja Stopp Modelle für den Test von Steuerungen vergleichsweise einfach Endposition erreicht? Ja Nächstes Bauteil Beispiel für Steuerung (Roboter) 5

6 Einleitung Herausforderungen in der Prozesstechnik In Prozesstechnik steht effiziente und sichere Regelung im Vordergrund Regelungen beschreiben kontinuierliche Vorgänge zum Erreichen eines Zielwertes mittels arithmetischer Funktionen Test einer Regelung am dynamischen Simulationsmodell Die Gleichungen und Parameter des Modells werden wesentlich umfangreicher Entstehende nichtlineare Differentialgleichungen schwierig zu lösen Echtzeit ist Herausforderung für die Simulationstechnik Beispiel für Regelung (Tempomat) 6

7 Einleitung Projekte Arbeiten am Institut MSR (Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Jäkel) Hardware-in-the-Loop-Simulationen für den Entwurf von Automatisierungssystemen für Verdichter- und Turbinenanlagen Methodik, Werkzeuge und prototypische Applikation (03/ /2016) Simulationswerkzeug für die Virtuelle Inbetriebnahme in der Prozessindustrie (05/ /2016) Kooperation und wirtschaftliche Verwertung von Forschungsergebnissen: AviComp Controls GmbH Mitwirkung an Standardisierung 7

8 Werkzeugkette 8

9 Beispielanwendung Verdichtermodellierung Kennlinienfeld Betriebspunkt wird instabil und es entsteht ein Pumpzyklus 9

10 Beispielanwendung Gasturbinensystem 10

11 Beispielanwendung Automatisierung Ablaufsteuerung Logische Funktion der Anlage Kein genaues dynamisches Modell erforderlich Mehrgrößenregler Regelt Drehzahl und Massenstrom auf Sollwert Stellt Vorleitgitter, Brennstoff und Ventile Ablaufplan der Steuerung 11

12 Beispielanwendung Datenmodell Beschreibung eines Testfalls im Datenmodell 12

13 Ergebnisse Sensordefekt Testfall: Ausfall des Massenstromsensors nach 200 Sekunden Folge eines Sensordefektes ohne Gefahr für die Anlage untersuchbar 13

14 Ergebnisse Mit Sicherheitsfunktion Gleicher Testfall: Verhalten der Automatisierung ohne mit modellbasiertem Plausibilitätsmodul Implementierung einer Sicherheitsfunktion mindert Folgen eines Sensordefektes Fazit: Eine bessere Automatisierung wurde erreicht 14

15 Zusammenfassung Großer Nutzen von VIBN in der Automatisierung Beteiligte profitieren durch kürzere Bereitstellungszeiten, neue Dienstleistungen und einen optimierten Anlagenbetrieb In der Prozesstechnik gibt es besondere Anforderungen Kaum Software verfügbar Simulation ist aufwändig und teuer Eine an der HTWK entwickelte Werkzeugkette ermöglicht eine wirtschaftliche VIBN Fokus auf Strömungsmaschinen Für den Projektpartner ist die virtuelle Inbetriebnahme bereits jetzt unverzichtbares Werkzeug in der Entwicklung komplexer Automatisierungssysteme 15

16 Kontakt HTWK Leipzig Franz Schönberg Wächterstraße Leipzig Tel: