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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Leistungsangebot
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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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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Beispiele und Nutzen
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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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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Beispiele und Nutzen
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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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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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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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APC in PCS 7
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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Beispiele und Nutzen
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: [email protected]
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!