PLT-Detail Engineering Batch Control - TU · PDF file•Bedienung von Batch Prozessen mit Hilfe von Rezepten ... Entwicklung der ANSI/ISA-88 durch ISA/SP88 Ausschuss Internationale

Fakultt ETIT, Institut fr Automatisierungstechnik, Professur fr Prozessleittechnik
VL Prozessleittechnik I (SS 2013)
Professur fr Prozessleittechnik
PCSE, Kap. 11
PLT-Detail Engineering Batch Control

Einfhrung
Ziel
Bedienung von Batch Prozessen mit Hilfe von Rezepten
Inhalte
Beschreibung von Ablufen und Anlagen mit Hilfe hierarchischer Strukturen
Abstrahierung vom konkreten Anlagenequipment
Modellierung von Grundrezepten die zu Produkt und Prozess spezifischen ausfhrbaren Steuerungsrezepten angepasst werden
Urbas (c) 2008-2013 VL PLT-1:: Batch Control Folie 2

berblick
Kontinuierliche betrieben Prozesse fahren eine chemischen Prozess in einem definierten Betriebspunkt mit kontinuierlichem Strom von Edukten und Produkten
Batch-Prozesse sind durch definierte einzelne Chargen der Edukte
Modifizierung durch separate Verarbeitungsschritte (Heizung, Khlung, chemische Reaktionsschritte, thermale Trennung, usw.)
Verarbeitungsschritte werden nacheinander entweder in universellen Equipment oder in mehren spezifischen Equipments durchgefhrt
Verknpfung der Verarbeitungsschritte durch Transportstufen
Fester oder Zustandsabhngiger Ablauf der Verarbeitungsschritte wird mit Rezepten beschrieben

Typischer Batch-Prozess

Rezepte
durch IEC/EN 61512-1 werden verschiede Rezepttypen definiert:
Verfahrensrezept
Werksrezept
Grundrezept
Steuerrezept
Ziel: maximale Wiederverwendung
Rezepte beschreiben
welche Edukte genutzt werden,
welche Voraussetzungen das Equipment erfllen muss
welche chemischen und physikalischen Vernderungen notwendig,
um das gewnschte Produkt zu erzeugen

Rezepte

Rezepte
Hierarchisches Rezeptmodell
Unternehmen mit mehreren Standorten, die fr lokale als auch globale Mrkte zu produzieren
Verschiedene Standorte haben unterschiedliche Randbedingungen
Vorschriften und Gesetze
Wirtschaftliche Zwnge
Unterschiedliche Produktzusammensetzung
Verschiedene Energiequellen
Anforderungen werden durch Abstraktion der Rezepte erzielt

Verfahrensrezept (General Recipe)
Rezept auf Unternehmensebene
Grundlage fr Rezepte auf niedrigeren Ebenen
wird ohne spezifische Kenntnis der Anlagenausrstung erstellt, die zur Herstellung des Produktes benutzt werden wird
bestimmt die Rohstoffe, ihre relativen Mengen und die erforderliche Verarbeitung
ohne Bezug zu einem bestimmten Werk oder der in diesem Werk verfgbaren Ausrstung
wird von Personen mit Kenntnissen der Chemie und den Verarbeitungsanforderungen erstellt, die fr das betreffende Produkt typisch sind, und gibt deren Interessen und berlegungen wieder

Werksrezept (Site Recipe)
spezifisch fr ein bestimmtes Werk.
Kombination von werksspezifischen Informationen und dem Verfahrensrezept
gewhnlich aus einem Verfahrensrezept abgeleitet, um die Bedingungen einer bestimmten Produktionssttte zu erfllen
bietet einen fr werksbezogene, langfristige Produktionsplanung erforderlichen Detaillierungsgrad

Grundrezept (Master Recipe)
ist die Rezeptstufe, die auf eine Anlage oder eine Gruppe von Einrichtungen einer Anlage ausgerichtet ist
kann vom Verfahrensrezept oder vom Werksrezept abgeleitet werden
kann auch als eigenstndige Einheit erstellt werden, wenn Rezeptersteller Zugang zu den Informationen hat, die im Allgemeinen im Verfahrensrezept oder im Werksrezept zur Verfgung gestellt werden

Steuerrezept (Control Recipe)
entsteht als Kopie einer bestimmten Version des Grundrezeptes
wird durch Informationen fr Dispositionsplanung und Ausfhrung verndert
spezifisch fr eine einzelne Charge
enthlt produktspezifische Prozessinformationen, wie sie zur Produktion einer bestimmten Charge erforderlich sind
bietet Detaillierungsgrad, wie er zum Start und zur berwachung der Einrichtungsprozedurobjekte einer Anlage erforderlich ist
kann verndert worden sein, um die tatschlichen Rohstoff- Qualitten und die tatschlich eingesetzte Ausrstung zu bercksichtigen

Steuerrezept (Control Recipe)
Auswahl von Teilanlagen und entsprechende Skalierung kann jederzeit durchgefhrt werden, bevor diese Information bentigt wird.
nderungen des Steuerrezeptes basieren auf Produktionsplanungs-, Einrichtungs- und Anlagenfahrerinformationen ber eine bestimmte Zeit hinweg
Kann whrend der Chargenproduktion mehrfachen Vernderungen unterworfen werden.

Hierarchische Modellierung von Verfahren, Prozessen und Anlagen
Batchprozess der Prozessindustrie sind gekennzeichnet durch:
Vielzahl verschiedener Produkte
verschiedene Apparate
unterschiedlichen Operationen
viele Kombinationen mglich
Ziel: Wiederverwendung von bereits definierten Verfahren und Produktionsmitteln
Hierarisch strukturiertes Strukturmodell notwendig
Ausganspunkt Namur Arbeitsgruppe -> NE33
Entwicklung der ANSI/ISA-88 durch ISA/SP88 Ausschuss
Internationale Norm IEC/EN 61512

Modell der IEC/EN 61512
Prozess Modell: beschreibt physikalisch-chemischen zielorientierte nderungen von Stoffen
Prozedur Modell (Vorgehensmodell): beschreibt die Verfahren, Vorgnge und Phasen zur Realisierung des Prozesses
Physikalisches Modell: beschreibt die physikalischen Einheiten um das Verfahren zu manipulieren

Modell der IEC/EN 61512
Urbas (c) 2008-2013 VL PLT-1:: Batch Control Folie 15 (Mahnke et al. 2011)

Prozess Modell
Ziel: hierarchische Beschreibung der Schritte und Operationen eines Batch Prozesses
ein Prozess besteht aus einem oder mehreren Prozessabschnitt(en) (process stage)
als Gruppe organisiert
knnen seriell und/oder parallel laufen
sind unabhngig voneinander
Jeder Abschnitt besteht wiederum aus Prozessoperation
Kombination von eng gekoppelten Aktivitten, die notwendig sind, um ein Zwischenziel zu erreichen sind
Besteht wiederum aus Prozessschritt
einfache und automatisierte Aktionen wiederverwendbar sein.

Prozedurmodell
(Urbas 2012) (ISO 15926-1)

Prozedurmodell
Basic Process Control System (BPSC) beinhaltet alle Komponenten um den Prozess im produktiven Bereich zu halten
Controller, Einzelsteuerfunktionen, Ablaufketten
Alle Komponenten mssen Schnittstellen zum aktivieren, deaktivieren, und modifizieren durch das Batch System anbieten
Prozedursteuerung (Procedural Control) Steuerung, die einrichtungsorientierte Aktionen in einer geordneten Weise fhrt, um damit eine prozessorientierte Aufgabe auszufhren.
Prozedur (Procedure) ist die allgemeine Strategie fr das Produzieren einer Charge

Prozedurmodell
Teilprozedur (Unit Procedure)
Strategie fr die Ausfhrung eines zusammenhngenden Prozesses innerhalb einer Teilanlage
besteht aus aufeinanderfolgenden Operationen und den erforderlichen Algorithmen fr die Auslsung, Organisation und Steuerung dieser Operationen
eine Operation ist ein Prozedurelement, das eine unabhngige Verarbeitungsaktivitt bestimmt,
bestehend aus den erforderlichen Algorithmen fr die Auslsung, die Organisation und die Steuerung von Funktionen

Prozedurmodell
Beispiele fr Operationen sind:
Reinigung: leeren und subern des Reaktors
Fllung: Fllen des Reaktor mit destilliertem Wasser und Lsungsmittel
Reaktion: mit Edukten beschicken und heizen
Funktion (Phase) ist die unterste Stufe eines Prozedurelements im Modell der Prozedursteuerung
Beispiele fr elementare prozessorientierte Funktionen: Lenkung, Dosieren oder Heizen

Prozedurmodell
Semantik einer Funktion kann unabhngig von konkreten Instanzen einer Gerteeinheit definiert werden
entsprechender Steuercode ist jedoch spezifisch fr Gerteeinheit
Lsungsansatz: Beschreibung auf unabhngigen Technologie-Ebene z.B. durch Sprache wie IEC/EN 60848 (GRAFCET)
grafische Beschreibung zur symbolischen Darstellung von Ablaufsteuerungen
symbolische Darstellung der Schritte, Befehle, bergnge und gerichteten Verbindungen ist am Eingang und Ausgang booleschen Variablen sowie der internen Zustandsvariablen und binre Verzgerungselemente basiert.
Das Setzen dieser Variablen Boolean auslsen knnen definierte Signale und Manahmen, zum Beispiel

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