Vorlesung 9

• gestaltung und beherrschung des Prozesses

• Erstellung und Realisierung einer Verfahrensvorschrift

  • als Rezept für das Prozessleitsystem

  • als Betriebsanweisung für den Anlagenfahrer

• in der Farbstoff, Wirkstoff und Kunststoffchemie wird eine Vielzahl von Produkten in CHargenprozesse hergestellt

• Rezepturen und Bedienpersonal wechseln häufig

• Viele Produkte sehr empfindlich gegenüber Parametervariation

• Reproduzierbarkeit sehr schlecht

• Ausbeute nicht optimal

Ziel: Automatisierung von Chargenprozessen ist eine wichtige Aufgabe

• die unterschiedlichen Prozessschritte und Teilanlagen werden nacheinander durchlaufen

• Aus automatisierungstechnischer Sicht werden die Aktoren nicht durchgehend, sondern nur zeitweise betätigt!

• PLT verwendet mehrere SPSen zur Ausführung von Steuerungs- und Regelungs-Aufgaben

• in den SPSen werden Variablen verwendet, die verändert werden können über einen Editior, auch während die SPS weiterläuft

• PLT dient zur automatisierten Durchführung komplexer und variierender Aufgaben

• Die Programme in den SPSen müssen entsprechend der Aufgabenstellung angepasst werden

Durch …

• … Variation der Zutaten

• … Variation des Dosierprofils

• … Variation des Temperaturprofils

Für jedes Produkt gibt es ein spezifisches Rezept nach Art und Menge bestimmter Zutaten und bestimmte Dosier- und Temperaturprofile!

• Auf der Anlage können verschiedene Produkte hergestellt werden.

• Produkte können reproduzierbar hergestellt werden

• Dokumentation, wie ein Produkt hergestellt wird!

• Eingriffe in die SPS-Programme sind vom Aufwand her minimal, weil keine Umprogrammierung in der SPS erfolgt

  • Verschiedene Rezepte werden auf einer den SPSen übergeordneten Ebene erstellt und verwaltet

Ein Rezept ist unabhängig von der Anlage, auf der das Produkt produziert wird.

• Liste der Rohstoffe

• Liste der Hilfmittel

• Verfahrensvorschrift (Wie geht man Schritt für Schritt vor?)

• Verfahrensrezepte: firmenspezifisch, standortneutral (Bezug zu Informationen und Energien)

• Werksrezept: standortspezifisch (z.B. Rohmaterialien) (Bezug zur Umgebung)

• Grundrezept: anlagenspezifisch (z.B. Mengen) (Bezug zu einer Teilanlage

• Steuerrezept: teilanlagenspezifisch (mit Bezug zu konkreten Teilanlagen z.B. Behältern) (Bezug zu einem konkreten Sensor)

Ziel: Es findet eine Konkretisierung statt!

• Besteht aus einer geordneten (seriell, parallel) Menge von Prozessabschnitten

  • z.B. Herstellung von Polymeren

    
    

• Besteht aus einer geordneten Menge von Prozessoperationen

  • z.B. Emulsion bilden

• Besteht aus einer geordneten Menge von Prozessschritten

  • z.B. Temperieren auf 140 Grad Celsius

• Unternehmen

• Werk

• Anlagenkomplex

• Anlage

• Teilanlage (z.B. Rührkesselreaktor)

• Technische Einrichtung (z.B. Heizeinrichtung)

• Einzelsteuereinheit (z.B. Zulaufventil)

• Alle Bestandtteile, die in direkter Wechselwirkung stehen, werden in einer Teilanlage zusammengefasst

Betriebsleitung erhält die Kundenaufträge:

• Sie wählt für jeden Auftrag das geeignete Grundrezept aus und gibt die zu produzierende Menge an (z.B. in SAP wo und welche Anlage)

• Sie weist jedem Auftrag die geeigneten Apparate zu

• Sie zerlegt die Aufträge gegebenfalls in Einzelaufträge, die

  • parallel in mehreren Strängen/Apparaten oder

  • Sequentiell im gleichen Strang/Apparat

  abgearbeitet wird

Aus dem anlagenbezogenen Grundrezept wird das parametrierte, teilanlagenspezifische Steuerrezept!

• Rezepte werden zentral im leitsystem verwaltet

• Prozessschritte (Steuerfunktion) werden dezentral in den SPSen abgearbeitet

• Eine Koordination der Module und Teilanlagen erhöht insgesamt die Flexibilität einer Anlage

• Mehrere Rezepte könnten parallel auf verschiedene Stränge produziert werden hierdurch!

• Verfahrenstechnische Prozesse laufen in Anlagen ab, die aus mehreren Teilanlagen bestehen

• In Teilanlagen laufen unabhängig voneinander Prozesse ab:

  • Stoff-Speicherung: z.B. in Behältern

  • Stoff-Transport: z.B. in Rohren und Pumpen

  • Stoff-Umwandlung: z.B. in Reaktoren

• Die Teilanlagen sind gekoppelt über

  • Stoffflüsse

  • Energieflüsse

  • Informationsflüsse

• Die Kopplung zwischen den Teilsystemen verändern sich qualitativ, abhängig von den Operationen in den Teilsystemen

• Die Kopplungen zwischen den Teilsystemen bestehen nur Temporär!

• Sie ist für die Kopplung der Teilsysteme verantwortlich, damit diese …

  • … kausal korrekt und

  • … zeitlich korrekt ablaufen

• Die Koordinationssteuerung arbeitet mit binären Ein- und Ausgängen

  • Ventile öffnen / schließen

  • Pumpen einschlaten, …

• Kopplungen der Teilprozesse über Ressourcen:

  • Einsatzstoffe, Energie

  • Apparate, Personal

Beispielprozess: Farbstoff

1. Realisiere die erforderlichen Kopplungen entsprechend den verfahrenstechnischen Vorgaben (Mengen, Bedarf) unter Berücksichtigung von

   • Kooperation = Ein Teilprozess erzeugt eine Ressource, die ein anderer Teilprozess verbraucht wie Stoff- und Energiefluss und

   • Konkurrenz = Ein Teilprozess benötigt/erzeugt dieselbe Ressource, die ein anderer Teilprozess benötigt/erzeugt, und die Verfügbarkeit /Erzeugung ist geringer/größer als der Bedarf

2. Optimiere die Zielfunktion unter Berücksichtigung von 1.

• Gestaltung und beherrschung des Prozesses

• Erstellung und Realisierung einer Verfahrensvorschrift

  • als Rezept für das Prozessleitsystem

  • als Betriebsanweisung für den Anlagenfahrer