Advanced Process Control (APC) -...

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Advanced Process Control (APC)

– wirksamer Hebel zur Verbesserung der Anlagenperformance

Hand out

Lunch & Learn am 28. Oktober 2011

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Fazit

Leistungsangebot

Beispiele und Nutzen

APC in PCS 7

Methode APC

Grenzen PID

PID-Regelungen in Prozessindustrie

Wirtschaftlicher Nutzen

Herausforderungen

Einleitung

Agenda

Herausforderungen an die moderne Prozessführung

Wirtschaftlicher Nutzen durch Regelungstechnik

PID-Regelungen in der Prozessindustrie

Grenzen von klassischen Regelungen

APC – bedeutender Hebel zur Operational Excellence

APC Funktionen in SIMATIC PCS 7

Anwendungen von APC und Ihr Nutzen

Unser Leistungsangebot - E&C Siemens Frankfurt

Fazit

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Fazit

Leistungsangebot

Beispiele und Nutzen

APC in PCS 7

Methode APC

Grenzen PID

PID-Regelungen in Prozessindustrie

Wirtschaftlicher Nutzen

Herausforderungen

Einleitung

Herausforderungen an die moderne Prozessführung

Verschärfter Wettbewerb

der Anlagensicherheit Auflagen im Umweltschutz

der Produkthaftung

Weniger AnlagenfahrerMesswartenzusammenlegung

ProduktspezifikationenQualitätsparameter

Teure Rohstoffe und Energie

Marktanforderungen

Lieferanten Kunden

Anlagenfahrweise an Betriebsgrenze

Fahrweisenwechsel

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Fazit

Leistungsangebot

Beispiele und Nutzen

APC in PCS 7

Methode APC

Grenzen PID

PID-Regelungen in Prozessindustrie

Wirtschaftlicher Nutzen

Herausforderungen

Einleitung

Wirtschaftlicher Nutzen durch Regelungstechnik

Beherrschung des Bedienerwechsels

Durchlauf- und Umstellzeiten

Schwankungsbreite von Q-Parametern

Toleranz gegen Rohstoffschwankungen

Störungsempfindlichkeit (Hilfsenergien)

Ausfälle und Ausfallzeiten

Reststoffanfall

Reproduzierbarkeit der Anlagenfahrweise

Emissionen

Anlagenlaufzeit (geringerer Verschleiß)

Durchsatz → typisch + 1% ... + 5%

Bedienkomfort

Analysenaufwand

Anlagenverfügbarkeit, Flexibilität, Robustheit

Produktivität

und

Wirtschaftlichkeit

Produktivität

und

Wirtschaftlichkeit

Energieeinsatz → typisch -3% ... -10%

Ausbeute → typisch + 2 ... + 10%

Arbeitslast

Abwasser

QualitätQualität

Operabilität

und

Verfügbarkeit

Operabilität

und

Verfügbarkeit

BedienbarkeitBedienbarkeit

UmweltschutzUmweltschutz

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Fazit

Leistungsangebot

Beispiele und Nutzen

APC in PCS 7

Methode APC

Grenzen PID

PID-Regelungen in Prozessindustrie

Wirtschaftlicher Nutzen

Herausforderungen

Einleitung

PID-Regelungen in der Prozessindustrie

Nur 1/3 der Regelkreise einer Anlage mit guter PerformanceBei 2/3 der Regelkreise Verbesserungspotenzial bei der Regelgüte

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Beispiele und Nutzen

APC in PCS 7

Methode APC

Grenzen PID

PID-Regelungen in Prozessindustrie

Wirtschaftlicher Nutzen

Herausforderungen

Einleitung

Grenzen von klassischen PID-Regelungen

PID-Standard-Regler für lineare Eingrößensysteme!Technische Systeme:sind Mehrgrößensysteme mit relevanten gegenseitigen

Wechselwirkungenmeistens nichtlinearProzess-Parameter ändern sich mit der ZeitWichtige Prozess- und Produktparameter sind nicht direkt messbar

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Beispiele und Nutzen

APC in PCS 7

Methode APC

Grenzen PID

PID-Regelungen in Prozessindustrie

Wirtschaftlicher Nutzen

Herausforderungen

Einleitung

APC – Hebel zur Operational Excellence (1)

Reduktion der Schwankungen von kritischen ProzessgrößenGeringere Standardabweichungen von 25...50%

Constraint pushingKlassische Regelung

Nebenbedingungen / Begrenzungen

Sollwert

APC

Sollwerte näher an Begrenzungen fahren ohne Nebenbedingungen zu verletzen

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Beispiele und Nutzen

APC in PCS 7

Methode APC

Grenzen PID

PID-Regelungen in Prozessindustrie

Wirtschaftlicher Nutzen

Herausforderungen

Einleitung

APC – Hebel zur Operational Excellence (2)

Dauer des Anfahrens / von Übergängen reduzierenReduktion von Offspec bei ArbeitspunktwechselnEntlastung der Anlagenfahrer durch Automatikbetrieb

ReaktionVorlage Aufheizen ...

KRTnTv KRTnTv

Sollwert

≠

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Beispiele und Nutzen

APC in PCS 7

Methode APC

Grenzen PID

PID-Regelungen in Prozessindustrie

Wirtschaftlicher Nutzen

Herausforderungen

Einleitung

APC – Bindeglied zwischen Basisautomatisierung und Betriebsführung

Liefern Ver-senden

Lagern Produzieren,Qualität sichern Lagern

Abfüllen,Verpacken

Basisautomatisierung mit PID-Regelungen, Kaskaden, Schrittketten etc.

PID- Erweiterungen z.B. Parametersteuerung, Störgrößenaufschaltung etc.

Soft-Sensor z.B. neuronales Netz

Model based Predictive Control (MPC)

Arbeitspunktoptimierung (CPM, Tuner)

Produktionsplanung

Supply Chain Management

A

P

C

Verfahrenstechnischer Prozess

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APC in PCS 7

Methode APC

Grenzen PID

PID-Regelungen in Prozessindustrie

Wirtschaftlicher Nutzen

Herausforderungen

Einleitung

APC – Funktionen in SIMATIC PCS 7

APC Funktionen in Standardbibliothek (APL)

Effiziente Meßstellentypen-basierte Projektierung

APC Funktionen laufen prozessnah im S7-400 Controller von SIMATIC PCS 7 – keine Mehrkosten!

Nahtlose Integration von 3rd party APC über PCS 7 Kommunikationsbausteine

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Fazit

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Beispiele und Nutzen

APC in PCS 7

Methode APC

Grenzen PID

PID-Regelungen in Prozessindustrie

Wirtschaftlicher Nutzen

Herausforderungen

Einleitung

Arbeitspunktoptimierung - CPM

Leistungsfähigkeit überwachtLangzeitperformance

Vorbeugende Instandhaltung

Priorisierung der Instandhaltung

Control Performance Monitoring

Online-Überwachung der RegelgüteAlarmgrenzen für

Standardabweichung und ÜberschwingerGrafische Auswertung

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Fazit

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APC in PCS 7

Methode APC

Grenzen PID

PID-Regelungen in Prozessindustrie

Wirtschaftlicher Nutzen

Herausforderungen

Einleitung

Arbeitspunktoptimierung - Tuner

PID-Tuner

Tool zur IBS und Wartung von RegelkreisenOptimierung der PID-Parameter

mit Sprungversuch

Leistungsfähigkeit optimiertOptimale Performance

eingestellt

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Fazit

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Beispiele und Nutzen

APC in PCS 7

Methode APC

Grenzen PID

PID-Regelungen in Prozessindustrie

Wirtschaftlicher Nutzen

Herausforderungen

Einleitung

Arbeitspunktabhängige Parametersteuerung

Produktivität und Stabilität verbessert! Verkürzung der Batch- Laufzeiten Stabile Regelkreise in Prozessen mit nichtlinearen Verhalten

Beispiel: Batchreaktor

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Fazit

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APC in PCS 7

Methode APC

Grenzen PID

PID-Regelungen in Prozessindustrie

Wirtschaftlicher Nutzen

Herausforderungen

Einleitung

PID- Erweiterung als Gruppenschaltung

Vorwärts-/Rückwärtsregelung in einer Polyesteranlage

Gruppenschaltung der ReglerRegler und Reglerparameter

jeweils für Anfahren und Betrieb

Bedienbarkeit und Operabilität verbessert! Weniger Arbeitslast

Fehlervermeidung

Beherrschung desBedienerwechsels

Verbrauchsgesteuert

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Fazit

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Beispiele und Nutzen

APC in PCS 7

Methode APC

Grenzen PID

PID-Regelungen in Prozessindustrie

Wirtschaftlicher Nutzen

Herausforderungen

Einleitung

Softsensoren für Qualitätsgrößen

Laboranalyse

Softsensor

z.B..KonzentrationSchmelzindexDichteViskosität

z.B.TemperaturDruckDurchfluss

Software

Probe aus Reaktor

(Prozess Modell)

z.B. Viskosität

Werte zu bestimmten Zeitpunkten

Wegen Zeitverzug keine kurzfristigen Steuereingriffe möglich

Hoher Aufwand / Kosten

Online-Daten → zeitnahe Steuereingriffe möglich

Berechnet über Prozessmodelleauf Basis historischer Daten

Kostengünstig

KERO

LGO/MGO

Crude feed

PC

Resid.

HGO

Naphtha

FC

FC

TCFC

LC

FC

FC

FC

FC

LC

FC

FC

CDU

Heater

TC

Qualität

Zeit [h]6:00 14:00 22:00

Qualität

Zeit [h]6:00 14:00 22:00

Wirtschaftlichkeit & Qualität verbessert! Verringerung des Analysenaufwandes Gleichbleibende Produktqualität durch zeitnahe Steuereingriffe

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Fazit

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Methode APC

Grenzen PID

PID-Regelungen in Prozessindustrie

Wirtschaftlicher Nutzen

Herausforderungen

Einleitung

Softsensoren zur Vorhersage

„Berechnung Lot-Ende“Lot Ende Fadenverbrauch (Rohstoff)Produktionszeitauf Basis der Fadengeschwindigkeit und Parameter

Wirtschaftlichkeit und Operabilität verbessert!Vorhersage des

Spulenwechselzeitpunkt

Bereitstellung des Personals

Bereitstellung Rohstoff

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Fazit

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Methode APC

Grenzen PID

PID-Regelungen in Prozessindustrie

Wirtschaftlicher Nutzen

Herausforderungen

Einleitung

MPC in einer Destillationskolonne

CV1

CV2

MV1

MV2

DV

MPC

T-Kopf

T-Sumpf

Produktivität , Wirtschaftlichkeit & Qualität verbessert! Minimierung des Energieeinsatzes gleichbleibende Produktqualität bei Feed-Schwankungen

Feed

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Fazit

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APC in PCS 7

Methode APC

Grenzen PID

PID-Regelungen in Prozessindustrie

Wirtschaftlicher Nutzen

Herausforderungen

Einleitung

Leistungsangebot APC – EC Siemens Frankfurt

APCTool

APC-Lösung

Automatisierungs-Know-How

WeltweiterService

und Support

Qualifizierte Anwendung erfordert Spezialkenntnisse Siemens als kompetenter Partner Integrierte APC-Funktionen in PCS 7

Standard odercustomized

software

Industrie- und Prozess-

Know-how APC Anwendungs-

Know-how

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Fazit

Leistungsangebot

Beispiele und Nutzen

APC in PCS 7

Methode APC

Grenzen PID

PID-Regelungen in Prozessindustrie

Wirtschaftlicher Nutzen

Herausforderungen

Einleitung

Leistungsangebot APC – EC Siemens Frankfurt

Optimierung der Regelungskonzepte und Strategien, u. a. durch APCFür Bestands- und NeuanlagenBeratung, Engineering und Implementierung aus einer Hand

Nutzen & Potenzial

Lösung &Wirtschaftlichkeit

Support APC – KandidatenPotential identifizieren

ProzessanalyseRegelungskonzept

AnlagenversucheKonzept implementieren

Workshop

Machbarkeits-studie

Optimierungs-projekt

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Fazit

Leistungsangebot

Beispiele und Nutzen

APC in PCS 7

Methode APC

Grenzen PID

PID-Regelungen in Prozessindustrie

Wirtschaftlicher Nutzen

Herausforderungen

Einleitung

Fazit

APC-Verfahren sind ein entscheidender Hebel zur Verbesserung der Anlagen-Performance, erst durch den Einsatz von APC erreichen Ihre Prozesse Beweglichkeit und Reproduzierbarkeit

Produktivität, Wirtschaftlichkeit, Produkt-Qualität, Operabilität, Bedienbarkeit können mitAPC-Verfahren optimiert werden

Durch die Leitsystem-integrierte Implementierung mit Standard-Funktionsbausteinen und Messstellentypen sind APC-Lösungen jetzt kostengünstiger und nachhaltig realisierbar.

Die qualifizierte Anwendung von APC-Funktionen erfordert verfahrenstechnischeErfahrungen in Prozessen sowie deren Automatisierung und Optimierung – wir unterstützenSie gern!

© Siemens AG 2012. Alle Rechte vorbehalten.

Lutz GlatheSiemens AGI IA AS PA EC Project Management

Industriepark Höchst, Geb. B59865926 Frankfurt am Main

E-Mail: team-ec.industry@siemens.com

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!