Prozessleittechnische Planung II - Funktionsplanung -

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1 Fakultät ETIT, Institut für Automatisierungstechnik, Professur für Prozessleittechnik CAE in der Prozessautomatisierung Prozessleittechnische Planung II - Funktionsplanung - WS 2010/11, Prof. Dr.-Ing. L. Urbas Dipl.-Ing. A. Krause

2 Einleitung NA35 [1] - Abwicklung von PLT-Projekten Urbas/Krause 2010 CAE@PA Folie 2

3 Einführung Urbas/Krause 2010 Folie 3

4 Funktionsplanung I Input: Anlagenkonzept Z. B. Batchanlage der Professur Beschreibung der benötigten Wege, Aktoren und Sensoren vorhanden als RI-Fließbild PLT-Funktionen festlegen Erarbeiten aller PLT-relevanter Angaben in den RI- Fließbildern Z. B. Auf/Zu-Ventil Abfluss Edukttank B001 Hinzufügen von Messfunktion/Stellfunktion/Alarm Z. B. Stellfunktion (öffnen) und Messfunktion(offen/geschlossen) Urbas/Krause 2010 CAE@PA Folie 4

5 Funktionsplanung I PLT-Funktionen festlegen Sicherheitsgespräch (Stufe 2) führen Z. B. Verriegelung des Auf/Zu-Ventils am Abfluss bei zu niedrigem Füllstand im Edukttank B001 Z. B. Verriegelung des Auf/Zu-Ventils am Zufluss bei zu hohem Füllstand im Edukttank B001 Festlegen und Klassifizieren sicherheitsrelevanter PLT-Stellen Verriegelung Abfluss -> Sicherheitsrelevanz niedrig Verriegelung Zufluss -> Sicherheitsrelevanz hoch Urbas/Krause 2010 CAE@PA Folie 5

6 Funktionsplanung I PLT-Funktionen festlegen Funktionspläne erstellen Z. B. Temperaturregelung Erarbeiten der Aufgaben des PLS Z.B. Alarmierung bei zu hoher Temperatur Projektspezifische Standards (Typicals) erarbeiten Z.B. Pumpen und Rührer als MOTOR CAE-Werkzeuge zur Unterstützung und Dokumentation der Planung Z.B. COMOS, Urbas/Krause 2010 CAE@PA Folie 6

7 Funktionsplanung I Output: RI-Fließbilder mit PLT-relevanter Vollständigkeit Endgültiges Lastenheft/Pflichtenheft für Regelung Steuerung Verriegelungen Bedienung Leittechnik Funktionspläne Typicals Urbas/Krause 2010 CAE@PA Folie 7

8 Funktionsplanung I Regelung und Steuerung Meist SISO, d. h. Sensor PLT-Funktion Aktor Wird von CAE-Werkzeugen unterstützt Verriegelungen Meist ein Netzwerk von Bedingungen Bei geschickter Modularisierung bzw. hierarchischem Aufbau Beschränkung auf eine Teilanlage Planungsinstrument: Verriegelungsmatrix [2] Wird nicht von CAE-Werkzeugen unterstützt Urbas/Krause 2010 CAE@PA Folie 8

9 Funktionsplanung I Verrieglungsmatrix nach [2] Auf/Zu-Ventil Abfluss schließen Auf/Zu-Ventil Zufluss 1 schließen Auf/Zu-Ventil Zufluss 2 schließen Pumpe abschalten Meldung Edukttank B001 leer Meldung Reaktor R001 voll Meldung Reaktor R002 voll Füllstand Edukttank B001 niedrig A x x Füllstand Reaktor R001 hoch B x x Füllstand Reaktor R002 hoch C x x A && B C D x Urbas/Krause 2010 CAE@PA Folie 9

10 Funktionsplanung I Funktionspläne Der Funktionsplan ist eine PLT-stellenübergreifende Beschreibung einer Steuerungsaufgabe mit grafischen Symbolen unabhängig von der Realisierung nach DIN Teil 6 -> seit 2002 ersetzt durch DIN EN GRAFCET [3] CAE-Werkzeuge SFCedit, FluidSIM, WinErs, OFT2 Urbas/Krause 2010 CAE@PA Folie 10

11 Funktionsplanung I Bedienung Prozessbedienbilder als wichtige Schnittstelle zwischen Mensch (Bediener/Operator) und verfahrenstechnischem Prozess Hohe Qualitätsanforderungen Visualisierung ähnlich dem RI-Fließbild Ist eine automatisierte Darstellung möglich? Leittechnik Alarme Warnung vor kritischen Zuständen Urbas/Krause 2010 CAE@PA Folie 11

12 Funktionsplanung II Quelle: [1] Urbas/Krause 2010 Folie 12

13 Funktionsplanung II Was sind Typicals? Quelle: [5] Urbas 2010 Folie 13

14 Funktionsplanung II Ziele beim Einsatz von Typicals Wiederverwendung Zeitreduktion Qualitätsverbesserung Reduzierung der Variantenvielfalt kein Interpretationsspielraum (Henry Ford: Any customer can have a car painted any colour that he wants so long as it is black. ) beschleunigte Genehmigung der Planungsvorgänge und dokumente durch Kunden schnellerer Test und Simulation der Planungsergebnisse Automatisierung der Automatisierung Urbas 2010 CAE@PA Folie 14

15 Funktionsplanung II Auf welcher Ebene ordnen sich Typicals in der PLT-Funktionsplanung ein? Quelle: [5] Urbas 2010 Folie 15 Quelle: [4]

16 ESF Einzelsteuerfunktion (ESF) CAE-Werkzeug: PCS 7, Urbas/Krause 2010 Folie 16

17 Funktionsplanung III Quelle: [1] Urbas/Krause 2010 Folie 17

18 FBS Funktionbausteinsprache (FBS) Urbas/Krause 2010 Folie 18

19 CFC Continious Function Chart (CFC) Urbas/Krause 2010 Folie 19

20 CFC Grafischer Editor Bausteine platzieren, parametrieren und verschalten Nach technologischen Aspekten strukturierte Pläne Plan in Plan (hierarchische Pläne) Standardisierbar und wiederverwendbar Quelle: [6] Urbas/Krause 2010 Folie 20

21 SFC Sequential Function Chart (SFC) Urbas/Krause 2010 Folie 21

22 SFC Graphische Projektierung und Inbetriebnahme von Ablaufsteuerungen Zustands- und ereignisgesteuerte Prozessführung (Rezepte) Steuert mit CFC erstellte Funktionen selektiv Quelle: [7] Urbas/Krause 2010 Folie 22

23 HMI Alarmfunktionen werden automatisch erzeugt Urbas/Krause 2010 Folie 23

24 HMI Bedienbilder für Einzelsteuerfunktionen ebenfalls Urbas/Krause 2010 Folie 24

25 HMI Offen bzw. in Entwicklung ist die automatische Generierung einer Visualisierung aus bereits vorhandenen Daten z. B. R&I-Fließbild? Urbas/Krause 2010 Folie 25

26 Literatur [1] Namur NA35: Abwicklung von PLT-Projekten (2003). [2] Strohrmann, G.: Anlagensicherung mit Mitteln der MSR-Technik (1983). [3] DIN EN 60848: GRAFCET, Spezifikationssprache für Funktionspläne der Ablaufsteuerung (2002). [4] DIN EN Chargenorientierte Fahrweise Teil 1: Modelle und Terminologie (2000). [5] ISA Enterprise - Control System Integration Part 3: Activity Models of Manufacturing Operations Management (2005). [6] Siemens: Prozessleitsystem PCS 7 CFC für SIMATIC S7 (2009). [7] Siemens: Prozessleitsystem PCS 7 SFC für SIMATIC S7 (2009). Urbas/Doherr 2010 CAE@PA Folie 26