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Prozessleittechnik – Wege in die Zukunft
Dr. Peter Terwiesch, Plenarvortrag zur 74. NAMUR Hauptsitzung
NAMUR-Hauptsitzung 2011
Version 5a
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Prozessleittechnik – Wege in die Zukunft
Trends und Treiber
Was uns bewegtMehrwert durch Integration
Warum Leitsysteme nicht ausgestorben sindEnergie und Automation
Energie als ProduktionsfaktorInnovation treiben
Neue OptimierungsmöglichkeitenWerterhalt und Wertsteigerung durch Service
Anlagenzustand messbar machen, Produktivität steigernBedienkonzepte
Eine Umsetzung der Empfehlungen des AK 2.9
Die „Digital Natives“ kommen
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2011 – Das Internationale Jahr der ChemieAusgerufen durch die UN-Generalversammlung
Chemistry: All about you
www.unesco.de/chemiej ahr_2011.html
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NAMUR und Leittechnik
NA 135 Fernwartung bei (..) Automatisierungstechnik
NE 133 Wireless Sensor Netzwerk (…)
NA 129 Plant Asset Management
NE 121 Qualitätssicherung leittechnischer Systeme
NA 115 IT – Sicherheit für (…) Automatisierungstechnik
NA 107 Selbstüberwachung u Diagnose (…) Feldgeräten
NA 105 (…) Integration von Feldgeräten (…)
NA 103 Einsatz von Internettechnologie
NA 102 Alarm Management
NE 100 Nutzung von Merkmalleisten (…)
NE 091 Anforderungen (…) Anlagennahes Asset Mgmnt
NA 078 Migration bei Prozessleitsystemen (…)
NA 074 NAMUR Anforderungen an einen Feldbus
NA 046 Beispiel zur Rezeptfahrweise nach (…) NE 33
NA 035 Abwicklung von PLT Projekten
NE 033 (…) Rezeptfahrweise
NA 026 Planung von Warten, Leitständen
NA 001 / IEC 60947-5-6: NAMUR-Geber
Gemeinsam gestaltet und umgesetzt
H&B Contronic P
System 800xAFreelance
Trends und Treiber Technologie und Einflussfaktoren
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Anforderungen an Leittechnik
Komplexe Prozesse für den Bediener einfach, aber zielgerichtet darstellen
Hohe Regelgüte bei optimaler Geschwindigkeit
Helft, die externen Auflagen zu erfüllen und Nachhaltigkeit zu erreichen
Kundenanforderungen und Einflussfaktoren
Rückwirkungsfreie Kopplung mit den Business-Systemen
Unterstützung über die gesamte Anlagenlaufzeit
Bitte lenkt uns nicht von unseren Kernaufgaben ab
Keine systembedingten Stillstände
Optimale Nutzung der Produktionsanlage
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Datenverarbeitung, Kommunikation: schneller, kleiner, drahtlos
Höhere Integration
Mehr Remote Services
Virtualisierung
IT - Security
Aktuatoren: dynamischer, präziser, energieeffizienter
Höhere Regelgüte
Energiearmer Betrieb
Sensoren: vielseitiger, neue (In-line Analysen), drahtlos
Neue Optimierungen
Verteilte Intelligenz
Bedienung: Intuitiver, ergonomischer, mobiler, (Smartphone), Touch pads
Mobile Bedieneinheiten
Gesten vs. Maus/Tasten
Abstrahierung, Zoomen
Technologietrends und Treiber
Mehrwert durch Integration Warum Leitsysteme nicht ausgestorben sind
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Anzahl IOs per Bediener
Funktionale Bereiche per Bediener (Instrumentierung, Wartung, Energieverteilung, Safety, …)
Komplexität beherrschen
Bereiche
AnzahlI/Os
Mehrwert durch Integration
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NAMUR – Empfehlung von Nov 1996Tauchnitz‘sche Kuchenempfehlung wird 15 Jahre alt
Quelle: Tauchnitz atp 11/96
PLS-Kern als Produktionsdaten- Drehscheibe
Komponenten können per definierter Schnittstelle eingeklinkt werden
“Wünschenswerte Struktur von PLS”
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Betriebsführungs- funktionen
OS-System
IH-System
gehobene Regelungs- verfahren
Sicherheits- gerichtetes System
Intelligente Feldgeräte
Automati- sierungs- gerät (z.B. SPS)
Rezeptpaket
Prozess-Simulation
Anlagen- Dokumentations- system
Prozess- Fehlerdiagnose- System
„PLS-Kern“,Produktions- Informations- Drehscheibe
Motor Control Centers
Power Integration
Safety
Enterprise Asset Management
Process and Logic Control
Instrumentation and Drives
Information Management
Field Device Integration
Alarm Management
Batch Management
Operations
Engineering
Advanced Control and Industry
Solutions
kkkk wuxfx ,1
FDI Package
Advanced FeaturesEDD
Schnittstellen?
Versionskompatibel?
Bedienungsphilosophie?
IT-Security?
Mehrwert durch IntegrationManagement des Gesamtsystems
Integration!Life Cycle!Bedienphilosophie!IT-Security!
System 800xA Safety
MES/ERP
Asset Optimization
Energy
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Sinnvolle Weiterentwicklung
Weitere Effekte
Versionsneutral nachladbare Funktionalitäten
Minimierte Hardware Erfordernisse
Gute Absicherung gegen Angriffe aus dem Netz
Gehärteter Kern
Zuverlässigkeit
Echtzeitverhalten
Vorhersagbarkeit
Sicherheit
Funktionalität
Offenheit
ErweiterbarkeitGehärtete
„Kern- PLS“
Funktionen
Rückwirkungs -freie Schnittstellen
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IT Sicherheit
Im Jahr 2010 wurden 60.000 Angriffe, Schwachstellen bzw. Gefahren registriert
Große Dynamik, daher kontinuierliche Maßnahmen erforderlich
Technische Vorraussetzung durch Prozessleittechnik
Sicherheit beinhaltet viele Bereiche
Nicht nur ein technischer Aspekt, aber auch…
Zugriffs- kontrolle
Handhabung&
Pflege
Physikal.. Sicherheit
Organisation Personal
Vorschriften
IT Sicherheit
ISA S99 / IEC 62443IEC 62351
NERC CIPICSJWG
IEEE 1686
IEEE PSRC H13
NIST SGIP-CSWG
NA 115
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Beispiel für erweiterte Funktionalität
Getestet mit verschiedenen SystemgrößenSinnvoll schon bei kleinen SystemgrößenWeniger Server, weniger Netzwerk, Weniger PlatzbedarfEntkopplung von Hardware Life CycleGeringerer EnergieverbrauchVereinfachte WartungMöglichkeit für Cloud Computing
Virtualisierung der Hardware
Applications
800xA ServerVirtual CPU
Virtual RAM
Virtual HDD
Virtual NIC
Virtual NIC
Applications
800xA ServerVirtual CPU
Virtual RAM
Virtual HDD
Virtual NIC
Virtual Machine Virtual Machine
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Beispiel für erweiterte FunktionalitätOptimierungen des Alarmkonzepts im laufenden Betrieb
Energie und Automation …Energie als Produktionsfaktor
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Verfü
gbar
e En
ergi
e
Energieverluste entlang der Versorgungskette
Verluste entlang der EnergieversorgungsketteTechnologie kann den nutzbaren Teil nahezu verdoppeln
Potential bei jedem einzelnen Schritt in der Kette, um die Produktivität und Energieeffizienz zu erhöhen
Kraftwerks-automatisierung
PipelineAutomatisierung
Prozess Automatisierung
IntelligenteNetze
Prozess Automation
Energie Management
verbesserter Wirkungsgrad,
Höhere Ausbeute
Höherer Pipeline – Durchsatz, “Hybrides”
Schiff
Effizientere Regelung und
Optimierung von Verbrennungs-
anlagen
Dynamische Blindleistungs- kompensation
Prozess Optimierung Effizientere Motoren
und Antriebe
Optimierung
IndustrieVerteilungPrimärenergie Transport Generation
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Frequenzumformer statt Regelventil
Typischerweise 20-30% Betriebskostenersparnis
ROI meist nach wenigen Monaten
Quellen: Setzwein, Kersting TC 2010, IAE 2011, ABB
Hohes Potential für Elektrizitätseinsparungen
M
tsd = SchlafverzögerungSchlafent<tsd tsd
Stopp Start
Schlafschwelle
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Energie Audits Das ABB Energie-Effizienz-Programm
Typische Anwendungsbeispiele beziehungsweise Ergebnisse:
Optimieren des Stromverbrauchs eines Mixers ohne die Konsistenz des produzierten Plastiks zu beinträchtigen
Optimierung von 5 Lüftern in einer Düngemittelproduktion führten zu einer Reduktion des jährlichen Stromverbrauchs von 4000 MWh.
Bei 80% Last verbraucht unsere Anlage am wenigsten Energie.
Wir wissen jetzt was die teuren Energiespitzen verursacht.
In Anlagenstillstand ist der Energieverbrauch immer noch zu hoch.
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Prozessautomation und Energieverteilung durchgängigEnergieautomatisierung mit einbeziehen
Prozess Automatisierung – Elektrifizierung – Verteilung
Ein integrierter Ansatz für höhere Produktivität, Optimierung der Energiekosten Verringerung der Wartungskosten
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Komplettlösungen für den Kunden
Risiko- und Projektmanagement beim Lieferanten
Integrierte Technologie, durchgängige Bedienphilosophie
Kundenstandards
Life Cycle Management
Main Automation/ Main Electrical Vendor
Projektmanagement
Technische Kompetenz
MAV / MEV MehrwertProjekt Erfordernis +
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Integration von Automation und Elektrotechnik
StatoilHydro Grane: Safety- und Automationssystem 800xA, Prozessinformationssystem, Elektrotechnik
Erzielte Investitonseinsparungen ~ 20%,
Engineering (20-30%), Lieferkette (50%), reduzierte Änderungsaufträge (90-95%)
Betriebskosteneinsparung: ~20%
Zwei Beispiele
Petrobras, mehrere Raffinerien: Prozessleitsystem 800xA mit Integration von Sicherheitssystemen und EnergieverteilungElektrische Integration mit IEC 61850, vereinfachtes Engineering, verbesserte Energieeffizienz, niedrigere Investitionskosten, +40% Produktionssteigerung
Innovation treiben Neue Optimierungsmöglichkeiten
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Model Predictive Control: Die Grenzen erweiternDatenverarbeitungsanforderung vs. verfügbare Leistung
Pulp & Paper
Rolling Mills
Power Generation
Cement & Minerals
Electrical
Refining
Chemicals
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Beispiel für erweiterte FunktionalitätAdvanced Process Control (APC)
Feedstock
Ethylene Plant(Cracker)
+2% Ethylen Ausbeute
-74% Varianz
Typische Ergebnisse von Advanced Process Control bei einem Cracker
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Prozesssensoren Roadmap 2015+
Anforderungsblatt 13 Wirbelschichttrocknung
NIR Analysatoren für PAT
Source: NAMUR Roadmap 2015+
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Dryer Hot Air
Granules
Filters
NIR Analyzer xPATAnalyzer Controller
Incoming Material
Anwendungsbeispiel WirbelschichttrocknerEinsparungen von mehreren Millionen Dollar
Konventionell:
Trocknung eines Aktivstoffes von 20 – 30% Feuchte auf unter 5%
Trocknung in 40 – 48 Stunden
Mit PAT-Messung:
Reduzierung auf 24 – 30 Stunden
24/7 Überwachung eines Blockbuster-Arzneimittels
10MUS$ Einsparung im ersten Jahr
Erstes In-Line PAT-System validiert
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Automation
Unser Alltag wird “wireless” – und die Automation?Anforderungen für den Einsatz in der Automation
Mobilität
Interoperabilität
Bandbreite
Kosten
Sicherheit
Selbstorganisation
MiniaturisierungVerlässlichkeit
Koexistenz
IP / Ex / EMVVersorgung
Latenz
Alltag
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Energieeffiziente MessaufnehmerNutzen der vorhandenen Energie
Durchfluss
Sonnenenergie
Vibration
Abwärme
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Wireless HART und energieautarke MessaufnehmerErmöglichen minimale Betriebskosten
Energieautarker Temperaturtransmitter von ABB
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Mehr Flexibilität und Intelligenz im Feld
Das Beste aus beiden existierenden Technologien
Verbessertes Lifecycle-Management und Interoperabilität
Hostsystem stand-alone aber auch mit erweiterten Funktionalitäten durch Einbindung ins Leitsystem
Anforderungen der NAMUR erfüllt
Prototyp in der Ausstellung
FDI – Field Device Integration
FDI Package
EDD Advanced Features
Servicekonzepte Verfügbarkeit und Produktivität erhöhen
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Wartungsstrategie: InvestitionsschutzDienstleistungen zur Produktivitätsverbesserung
32
Zeit
Pro
dukt
ivitä
t
Design / Implement / Startup Betrieb / Wartung / Optimierung
Typische Produktivitätskurve
Verringerung durch technologischen Rückstand
Ausfälle
1. Inbetriebnahmeunterstützung/ Implementierung2. Allgemeines besseres Ausnutzen der Systemmerkmale3. Kontinuierliche Fernüberwachung der System Services4. Kontinuierliche Verbesserung der Produktivität
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Ist 2009Stand 2011
Life Cycle Index macht Status des Leitsystems messbar
Beispiel einer Indizierung und Re-Indizierung
Umfassende Langfristplanung, definierte Maßnahmen und messbare Produktivitätspotenziale
Ermittlung des Produktivitätsstatus der Leittechnik
Empfehlung 2009
Re-Indexierung 2011
Erstindex 2009Life Cycle Strategie
Leitebene
Netzwerk/Controller
I/OPersonal
Präventionsstrategie
Notfallstrategie
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Produktivitätssteigerungen durch Modernisierung
Chemischer Betrieb, Teil-Batch
Maestro UX /Contronic P Systeme, insgesamt ca 10.000 I/Os nach System 800xA
18 Bedienplätze statt vorher mehr als 30
Optimierung der Fahrweise, Ergänzung von Batch
Vier statt vorher drei Produkte,
Ca 20% mehr Durchsatz
Zwei Beispiele
Chemischer Betrieb, Konti-Anlage
Maestro UX/Contronic P nach 800xA
14 AC 800M und 1 AC 800M HI Controller, insgesamt ca. 9000 I/O,
Reduktion von zehn auf sechs Bedienplätze
Tool-basierte Konvertierung der Software- Applikationen
Umschluss teilweise im laufenden Betrieb
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Vollständig integrierte ArbeitsabläufeIn Produktion, Bedienung und Instandhaltung
Auf See Festland
Onshore Operation Center (Festland)
Supplier Support Center(Lieferanten)
Company ExpertResource Center(Experten- teams)Breitband-
verbindung
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Produktivität und InvestitionsschutzLife Cycle Exzellenz durch Servicepartnerschaft
Übersichtlichkeit fördern … das Wesentliche im Blick
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Extended Operator Workplace
Bediener ist wichtiger Produktionsfaktor
Bild- und Bedienphilosophie von System 800xA implementiert für maximalen Bedienkomfort
Hier in der Ausstellung
Inklusive einer Umsetzung der Empfehlungen des AK 2.9: Mensch-Prozess-Kommunikation
Ergonomie für die Bediener
EOW-x2 EOW-x3
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Simulations- system
Soft ControllersA
C 8
00M
AC
800
M
AC
800
M
AC
800
M
Produktiv system
Bedienereffizienz Optimale Schulung durch Simulation
Process
Inst
ruct
or S
tatio
n
Process Model
Plant Control room Simulator Control room
System 800xAconfiguration
I/O ITS Link
AC
800
M
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Evolution Prozessvisualisierung
Umsetzung der Empfehlungen des AK 2.9
Mensch-Prozess-Kommunikation NAMUR AK 2.9
Früher
Heute
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Mensch-Prozess-Kommunikation
Übersichtliche Alarmierungsstrategie
Neue verbesserte Grafik Elemente (z.B Spreizungen, Profile, Farbgestaltung, …)
Gutbereiche klar sichtbar
Intuitive schnelle Navigation
Nachweisliche Verbesserungen
Wesentliche Bestandteile der Umsetzung
Treffen Sie den Bediener von morgen … Digital Natives kommen
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Die Nutzer von morgen
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Die zukünftigen LeitsystemnutzerDigital Natives werden das Personal von morgen sein
Bediener? Wartungstechniker?
Programmierer? Datenanalyst?
Werksleiterin?
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ForschungsinitiativenThemenschwerpunkte bezüglich Operator Excellence
Erhöhung der Bedienereffizienz
Zukunftskonzepte
Ease of Use
Leicht zu navigieren
Durchgängige Bedienkonzepte
Moderne Visuali- sierung
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Technologie Studie – Trends aus anderen IndustrienCockpit, Consumerindustrie, Spielekonsole, Gestik
Select
Drag
Release
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Technologie StudieAnwendung von Touch-Technologie
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Produktionsübersicht – Bedienung von morgen?Eine Studie an einer realen Anlage
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Besuchen Sie uns hier auf der Konferenz!
Genießen Sie einen guten Latte Macchiato
Spenden Sie für Special Olympics
Erleben sie moderne Geräteintegration am Prototypen für FDI
Testen Sie Anlagenbedienung der Gegenwart und der Zukunft
Besuchen sie unsere weiterführenden Workshops:
Automatisierung: Gegenwart und Zukunft
Der Mensch im Fokus des Anlagenbetriebs
Das Engineering im Zeichen der Globalisierung
Produktivität und Investitionsschutz
FDI Field Device Integration
Ausstellung und Workshops
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Prozessleittechnik – Wege in die Zukunft
„…Es geht […] nicht darum, die Zukunft vorherzusagen, sondern sie zu gestalten…“*
* NAMUR Empfehlung NE121 – Qualitätssicherung leittechnischer Systeme, S. 11
ABB und NAMUR – gemeinsam die Zukunft gestalten
© ABB G
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