In Units denken #####

Während im Maschinenbau in Modulen projektiert und automatisiert wird, überwiegt in der Verfahrenstechnik noch die Betrachtung jeder Anlage als Unikat. Dabei birgt ein unit-orientiertes Engineering viel Rationalisierungspotenzial...

Während im Maschinenbau in Modulen projektiert und automatisiert wird, überwiegt in der Verfahrenstechnik noch die Betrachtung jeder Anlage als Unikat. Dabei birgt ein unit-orientiertes Engineering viel Rationalisierungspotenzial, wie hier anhand einer Advanced-Process-Control-Lösung für Destillationskolonnen gezeigt wird.

Neben echten Package-Units, zum Beispiel Vakuumanlagen und Verpakkungsmaschinen, gibt es viele Anlagenteile, die immer wieder in ähnlicher Form vorkommen und sich damit bis zu einem bestimmten Grad klassifizieren beziehungsweise standardisieren lassen – bei Destillationskolonnen etwa 80 % der Regelungsstrukturen. Diese Units bestehen in verfahrenstechnischen Anlagen aus Fluidik und Mechanik (Anlagenkomponente/Apparat/Maschine) inklusive der Sensorik, Aktorik und zugeordneter Automatisierungs-Software. Die Grundidee einer unit-orientierten Automation ist, die gesamte Automatisierungstechnik für solche Anlagenteile in Form von Templates zu vereinheitlichen und als Musterlösung vorgefertigt auszuliefern. Aus diesen Templates lassen sich beliebig viele Instanzen erzeugen, die nur noch unterschiedlich parametriert werden müssen. Anlagenkomponenten wie Apparate, Behälter, Maschinen, Rohrleitungen sowie Geräte sind dazu in verschiedene Grundtypen eingeteilt. Dies reduziert den Engineering-Aufwand und die Know-how-Anforderungen für die konkrete Applikation auf die Instanz einer Unit. Die Automatisierungslösung für eine Unit wird als Software-Modul in das zentrale Prozessleitsystem eingebunden und ist damit nicht an eine dedizierte lokale Automatisierungshardware gebunden, wie das bei echten Package-Units der Fall ist.

Im Rahmen solcher Musterlösungen kann das Erfahrungswissen des Systemlieferanten an Kunden weitergegeben und das zur Applikationsentwicklung erforderliche Know-how beim Anwender reduziert werden. Aus diesem Grund besteht speziell im Bereich von Applikationen mit Advanced Process Control (APC) ein besonderes Interesse an unitorientierten Lösungen. Für Destillationskolonnen gibt es inzwischen ein Template, das sich auf zahlreiche Rektifikationskolonnen in Konti-Anlagen ohne Veränderungen anwenden lässt. Darüber hinaus sind davon abweichende Varianten, beispielsweise eine Differenzdruckregelung im Kolonnenkopf, mit weniger Aufwand umzusetzen.

Die funktionalen Facetten

Da eine APC-Lösung in das Automatisierungsumfeld eingepasst sein muss, wird ein ganzheitlicher Automatisierungsansatz verfolgt. Deswegen umfasst das Template von Destillationskolonnen mindestens die Facetten Basisautomatisierung, Advanced Control und Human Machine Interface. Hinzu kommen bei Bedarf Asset Management, Performance Monitoring und Alarm-Management. Das Template für das Prozessleitsystem Simatic PCS7 enthält alle zur Automatisierung einer Anlagenkomponente erforderlichen Funktionen wie CFC-Pläne (Continuous Function Charts, Instanzen von Messstellen-Typen), SFC-Pläne (Sequential Function Charts) und HMI-Bilder für die Operator-Stationen. Sämtliche Funktionen werden in einem Hierarchie-Behälter (Ordner) der technologischen Sicht des Engineering-Werkzeugs (Simatic Manager) zusammengefasst. Instanzen dieser Musterlösung lassen sich mit Hilfe einer Import/Export-Datei generieren. Obwohl es die Möglichkeit zum Anlegen von Musterlösungen im PCS7-Engineering-System bereits seit Jahren gibt, wurde diese Funktion bisher eher selten genutzt. Das Template für Destillationskolonnen nimmt daher eine Vorreiterrolle ein.