Prozesssimulation für den gesamten Anlagenlebenszyklus

Prozesssimulation für den gesamten Anlagenlebenszyklus

von 28. März 2018

Die Idee des Life Cycle Modelling

Von Flugsimulatoren zur Pilotenausbildung bis zu Windkanalexperimenten zum Testen der Aerodynamik: die Simulation ist ein mächtiges Werkzeug um unbekannte oder gefährliche Szenarien vereinfacht zu untersuchen. Auch in der Industrie hat sich die Prozesssimulation bewährt.

Als KBC im Jahr 2016 mit ihrer Prozesssimulation Petro-SIM der Yokogawa Familie beitrat, stellten sich uns einige Fragen: Wie können wir die Simulation mit unserem Produktionsleitsystem Centum verbinden? Welcher Nutzen versteckt sich hinter der Verbindung? Und wie können Sie davon profitieren?

Ein bekanntes Beispiel ist der digitale Zwilling, der während des Anlagenbetriebs mit aktuellen Prozessdaten gespeist wird, oder aber der Einsatz der Simulation zum Training der Anlagenfahrer. Die Anwendungen unterscheiden sich häufig schon in den grundlegenden Anforderungen und basieren deshalb auf unterschiedlichen Modellen. Über den Lebenszyklus einer Prozessanlage verteilt gibt es immer wieder Gelegenheiten bei denen eine Simulation hilfreich sein kann. Doch schon das Anfertigen eines einzelnen Modells bedeutet einen großen Aufwand. Wie soll dann für jede Situation im Leben der Anlage eine passende Simulation geschaffen werden? Die Lösung liegt auf der Hand. Es wird ein Modell benötigt, das in jeder Phase des Anlagenlebenszyklus verwendet werden kann. Das ist die Idee des Life Cycle Modellings.

Operator Trainings Simulatoren

Progressive und detailgetreue Operator Trainings Simulatoren erfüllen bereits eine Mehrzweckfunktion und versuchen so der Idee des Life Cycle Modelling zu entsprechen. Im Anlagenslebenszyklus dienen sie nicht nur, wie der Name suggeriert,  zur Schulung der Anlagenfahrer. Stattdessen kann ein OTS in Kombination mit einem Leitsystem wie Centum  ein breites Anwendungsspektrum erfüllen. So gelingt zum Beispiel die Inbetriebnahme des DCS schon bevor die Anlage errichtet wurde. Es können Regelstrategie, Anfahrverhalten und Notfallsituationen schon im Voraus und ohne Gefahr getestet werden. Das Tuning der Regelparameter ist mit sehr hoher Genauigkeit bereits vor der Inbetriebnahme möglich.  Im Großen und Ganzen bedeutet das ein einfacheres, schnelleres und problemfreieres Anfahren der Anlage, sowie eine kürzere und qualitativere Entwicklungsphase. Es ist nicht unüblich, dass die Kosten für den OTS schon vor dem Anlagenbetrieb komplett gedeckt werden.

Do It Yourself OTS

OTS? Schön und gut. Was ist wenn Sie Anlagenmodell und Simulationssoftware schon haben? Und überhaupt: Ein Operator Training brauchen Sie erst einmal auch nicht. Vielmehr zielen Sie auf eine verfahrenstechnische Überprüfung ihrer Regelstrategie in Centum ab? Zum Glück sind Yokogawas Automatisierungslösungen modular strukturiert und bieten deshalb eine Vielzahl an Schnittstellen die genutzt werden können, um Ihr Ziel ohne ein komplettes OTS-Paket umzusetzen. Das Rezept für eine Do It Yourself Lösung zur Überprüfung der DCS Konfiguration mit Ihrer eigenen Simulation könnte also wie folgt aussehen:

1) Centum: Das Prozessleitsystem ist das Kernstück. Sowohl in der echten Anlage als auch im simulierten Prozess übernimmt es die gewohnten Regelfunktionen.

2) Test Function: Die proprietäre Testfunktion von Centum erlaubt es nicht nur die Hardware der Prozessnahenkomponenten zu testen sondern kann auch einen virtuellen Controller auf einem PC erzeugen.

3) KBCs Petro-SIM: Eine dynamische Prozesssimulation wie Petro-SIM von KBC muss das Zeitverhalten der realen Anlage simulieren.

4) Eine Schnittstelle: Das Potential der Operator Trainings Simulatoren entspringt der Kopplung von simuliertem Prozess und  virtuellem Controller. Im konkreten Fall übernimmt das die Softwareschnittstelle OPC.

Und das Ergebnis der Prozesssimulation?

Im Idealfall ist das Resultat eine rechnerbasierte, partiell virtualisierte Prozessanlage die das Verhalten Ihrer Anlage mit den echten Regelfunktionen des späteren Leitsystems abbildet. Centums OPC Funktionen ermöglichen die Implementierung der Schnittstelle ohne in das Engineering eingreifen zu müssen. OTS Funktionen wie Zeitraffer oder Snapshots könnten ebenfalls hinzugefügt werden. Die Test Function bietet außerdem die Möglichkeit der Stimulation des Leitsystems; Durch die Simulation gewonnenen Tuning Parameter und Konfigurationen können von dem virtuellen Controller in die reale Hardware und zurück kopiert werden.

Ein Schritt in die richtige Richtung

Was bedeutet das fürs Life Cycle Modelling? Die Forderung nach einem Model für alle Zwecke kann natürlich nicht absolut erfüllt werden. Dennoch bietet Petro-SIM als rigorose, stationäre und dynamische Simulation einen variablen Abstraktionsgrad mit dem sich ein Modell über den Lebenszyklus weiterentwickeln ließe. Auch die Kopplung der Simulation an das Leitsystem mit der weit verbreiteten Schnittstelle OPC zeigt, dass die vielschichtigen Potentiale eines Operator Trainings Simulators in Zukunft vielleicht auch ohne  ein kompliziertes Gesamtpaket auszuschöpfen sind. Das Nutzen bereits vorhandener Schnittstellen ist dabei der erste Schritt um diverse Simulationsplattformen wiederverwenden zu können. Auch zukünftig werden Prozesssimulationen von neuen, offenen Automatisierungsstrukturen profitieren und das Life Cycle Modelling immer besser umsetzen können.

Tauschen Sie sich mit mir aus? Welches Potential sehen Sie für die Zukunft der Prozesssimulationen?

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