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

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VPS zur Unterstützung der Inbetriebnahme vonverfahrenstechnischen Anlagen

Dirk-Uwe AstrathVerfahrenstechnik & Engineering

16.09.2010, Dortmund | Gerhard Seite | 2

Was ist ein VPS?

Dynamisches Prozessmodell

Kopie des echten PLS

Trainer

PLSAnlage

Realität

Virtualität

16.09.2010, Dortmund | Gerhard Seite | 3

VPS mit PLS Emulation

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

Instructor-Station Operator-Station

gleiche Softwareumgebung

PLS Emulation wird häufig bei kleineren VPS-Projekten eingesetzt

Ethernet

- Bedienoberfläche ist nicht identisch mit PLS der realen Anlage- PLS Konfiguration kann nicht vor Start-up getestet werden

Simulationsserver

16.09.2010, Dortmund | Gerhard Seite | 4

VPS mit PLS Anbindung

Instructor-Station Operator-Station

Simulationsserver

Application-Station

OPC

PLS AnwendungHardware-Emulation, original Software

Anbindung an Original-PLS

+ Verwendung der realen PLS Bedienoberfläche in Ausbildung

+ PLS Konfiguration kann getestet werden

Ethernet

- 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)

16.09.2010, Dortmund | Gerhard Seite | 5

VPS @ Evonik

Detailgetreue, dynamische Echtzeitsimulation basierend auf InhouseKnow-How

Einsatz eines generischen PLS in der Entwicklungsphase

Anbindung ans reale Leitsystem zur Fertigstellung

VPS dient zum Operator Training & vielem mehr …

16.09.2010, Dortmund | Gerhard Seite | 6März 2010 | DG-TE-VT-C Page | 6

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!

Aber wozu?

16.09.2010, Dortmund | Gerhard Seite | 7

Einsatz eines VPS …

.. im Projektteam

Ablaufsteuerung testen

Reglerparameter ermitteln

Betriebsabläufe überprüfen

Prozessdynamik studieren

Validierung PLS-Konfiguration

16.09.2010, Dortmund | Gerhard Seite | 8

VPS zur Unterstützung der Projektmannschaft

Prozessdynamik

• Überprüfung der Prozessführungsstrategie auch bei Störungen, Lastwechsel

Prozessoptimierung

• sind alle Apparate und Leitungen zum Anfahren vorhanden oder notwendig?

• sind zusätzliche Messstellen erforderlich?

• Prozessanalyse und Debottlenecking

• Dynamik komplexer Verschaltungen und Rückführungen, Wärmeintegration, Brüdenkompression

• Überprüfung der Anfahrstrategiep1

p2Reaktions-gase

p2>p1

VPS muss frühzeitig verfügbar sein (mit emuliertem PLS)!

BeispielWärmeintegration

16.09.2010, Dortmund | Gerhard Seite | 9

PLS Konfiguration überprüfen

Ist das PLS richtig konfiguriert?

• Wirkrichtung von PID-Reglern

• Einheiten von Messstellen

• Überprüfung der Verknüpfungen

Viele Fehler können schon vor der Inbetriebnahme korrigiert werden

� Start-up Team wird entlastet und Anlage ist schneller produktionsbereit

Ist die grafische Oberfläche klar gestaltet und gut zu bedienen?

Funktionieren Ablaufsteuerungen so wie gewünscht?

16.09.2010, Dortmund | Gerhard Seite | 10

Optimierung Prozessführung

verbesserte Regelung

PC

Änderung Regelungsstruktur

PC

TC

• kleiner Hebel für Druckregelung• Regeltemperatur muss zu gefordertem Druck passen

• Split-Range Regelung• Temperatur ungeregelt

Reglerstrukturen überprüfen und optimieren

mit dynamischer Simulation können ...

• problematische Regelkreise identifiziert werden

• alternative Reglerstrukturen effizient getestet werden

Analyse mit VPS

Beispiel

16.09.2010, Dortmund | Gerhard Seite | 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

PIMS-Server,Reglertuning

Simulations-Server

PLS-AS PLS-EmulationAnbindung an reales PLS

���� Während Inbetriebnahme kaum Reglereinstellungen notwendig,Automatisierung der Anlage funktioniert von Anfang an!

16.09.2010, Dortmund | Gerhard Seite | 12

APC Entwicklung

Potential für APC Lösungen mit rigorosem dynamischem Modell abschätzbar

• Modellerstellung für Mehrgrößenregler am VPS

• schnelle Übertragung auf reale Anlage möglich

BeispielFolgeregelung für Reaktorlast

FCFC

LC

FC

LC

Entwicklung, Modellierung und Erprobung direkt am VPS noch vor Inbetriebnahme

FCFC

L

FC

L

APC

PIMS-Server,Reglertuning

Simulations-Server

PLS-AS APC-Server

Modellbildung

16.09.2010, Dortmund | Gerhard Seite | 13

Einsatz eines VPS …

… zur AusbildungProzessverständnis entwickeln

Fähigkeiten entwickeln & verbessern

Training bei kritischen Anlagenzuständen

Erfahrungen austauschen

Performanceüberwachung

16.09.2010, Dortmund | Gerhard Seite | 14

Einsatz eines VPS …

… im BetriebFähigkeiten aufrecht erhalten

Alternativen evaluieren

Ereignisanalysen

16.09.2010, Dortmund | Gerhard Seite | 15

VPS zur Ausbildung der Betriebsmannschaft

Vor dem Start-Up

• Trainieren von Anfahren und Abfahren, Lastwechsel

• Trainieren von Störszenarien

• Vertiefung von Prozessverständnis

• Intensive Ausbildung am VPS mit Trainer aber auch eigenverantwortliches Lernen

Lernkurve nicht am realen Prozess (Vorteil > 2 Wochen)

Nach dem Start-up

• Fähigkeiten aufrecht erhalten in hochautomatisierten Betrieben durch regelmäßiges Training

• Ereignisanalysen

AberWartung des VPS erforderlich, Modellpflege, Aktualisierung des PLS, ...

O2

InertEdukt

Ex-Zone

Beispiel Vermeiden der Ex-Zone bei Start-up

16.09.2010, Dortmund | Gerhard Seite | 16

Wie entsteht ein VPS bei Evonik?

Stationäre

Simula

tion

P&IDs

Reduktion

Selektion

Apparatedaten, Kennlinien, …

Verschaltung & Anpassung

Modifikation

PLS-Anbindung

Sub-Simulatorpro P&ID

VPS

• Start-Up Test

• Akzeptanztest mit Projektverantwortlichen

Validierung

16.09.2010, Dortmund | Gerhard Seite | 17

Software base for a VPS

generic DCS functions

condition “empty & cold” is possible

pressure driven flow

based on unit operations

new dimension in true to detail

Indiss

INDISS INDISS ––

IndustrialIntegratedSimulationSoftware

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Erfahrung verfügbar machen

16.09.2010, Dortmund | Gerhard Seite | 19

Project execution

16.09.2010, Dortmund | Gerhard Seite | 20

Nachgewiesener Nutzen

• Generische Oberfläche- Frühzeitige Nutzung des VPS für Projektteam- Validierung und Optimierung der Anfahrstrategie- Einbindung in Operatorschulung (Prozessverständnis fördern)

„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.“

• 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

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