Nutzung verfahrenstechnischer Planungsdaten für die Parametrierung von Simulationsmodellen der Automatisierungstechnik

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1 , Prof. Alexander Fay Nutzung verfahrenstechnischer Planungsdaten für die Parametrierung von Simulationsmodellen der Automatisierungstechnik Vortrag zum 7. Symposium "Informationstechnologie für Entwicklung und Produktion in der Verfahrenstechnik" Aachen

2 2010 IfA - Folie Nr. 2 Zielsetzung im Rahmen des Vortrags.Brücke zwischen Hochschulen und Industrie schlagen..brücke zwischen Verfahrens- und Automatisierungstechnik schlagen.

3 Vorstellung des Instituts Institut f. Automatisierungstechnik Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr Hamburg Prof. Dr.-Ing. Alexander Fay Forschungsthemen des Instituts umfassen unter anderem: Prozessautomatisierung 2010 IfA - Folie Nr. 3 Gebäudeautomatisierung Fertigungsautomatisierung

4 Forschungsziel (1/2) -tests FAT SIT SAT Wasserfahrt Steuerungs HMI Klassische Vorgehensweise Planungsdaten Test Auslieferung u. Übergabe 2010 IfA - Folie Nr. 4 Elektrotechnik Mechanik

5 Forschungsziel (2/2) -tests FAT SIT SAT Wasserfahrt Planungsdaten Steuerungs HMI Test Ziel: Unterstützung von Steuerungscodetests parallel zum Steuerungsengineering Unterstützung des FAT Test Auslieferung u. Übergabe 2010 IfA - Folie Nr. 5 Elektrotechnik Mechanik

6 2010 IfA - Folie Nr. 6 Ansatz Prozessautomatisierung Simulationsgestützter Test des Prozessleitsystems (PLS)

7 Werkzeuge Prozessautomatisierung Simulationsgestützter Test des Prozessleitsystems (PLS) Werkzeuge Simulation Modelica -> Dymola / SimulationX CAE-Planung Comos PT / SmartPlant-PID Verfahrenstechnische Planung / Simulation 2010 IfA - Folie Nr. 7 Methode ChemCad Systemsimulation / Hardware in the Loop (HIL)

8 Systemsimulation / HIL Systemsimulation / HIL Systemsimulation Virtueller Test Emuliertes PLS OPC-Kommunikation Simulationsmodell der Zielanlage Hardware in the Loop 2010 IfA - Folie Nr. 8 Teilweise Integration der HW - Test Reales PLS (CPU) OPC-Kommunikation Simulationsmodell der Zielanlage

9 Simulations-gestützte PLS-Tests Visualisierung Soft- Steuerung & / 1 Reale Steuerung 100% 0 % Soft-Anteil O P C Projektfortschritt O P C 2010 IfA - Folie Nr. 9 Simulationsumgebung

10 Mögliche Vorgehensweisen (1/5) Zulieferer Betreiber 2010 IfA - Folie Nr. 10 CAE-Planung Verfahrenstechnik PLS- Baustelle

11 Mögliche Vorgehensweisen (2/5) CAE-Planung Verfahrenstechnik PLS- Planung Simulation R&I F. CAE - AT PLS-Eng. PLS Emuliertes PLS Probleme für PLS-Eng.: 2010 IfA - Folie Nr. 11 Werkzeuge und Modelle der Verfahrenstechnik vgl. Asprion, BASF SE: Computer-unterstützte Verfahrensentwicklung - Probleme mit Echtzeitfähigkeit - Fehlende Kompetenzen auf PLS-Seite - Keine Verfügbarkeit v. verf. Simulationsumgebungen in der PLT.

12 Mögliche Vorgehensweisen (3/5) CAE-Planung Verfahrenstechnik PLS- Planung Simulation R&I F. CAE - AT PLS-Eng. PLS Modellgenerierung und Simulation Problem: 2010 IfA - Folie Nr. 12 CAE-System CAEX - Nur bedingt Parameter vorhanden (Behältergeometrie, Ventildaten, Rohrdaten, etc.)

13 Mögliche Vorgehensweisen (4/5) CAE-Planung Verfahrenstechnik PLS- Planung Simulation R&I F. CAE - AT PLS-Eng. PLS 2010 IfA - Folie Nr. 13 PlantXML Integration unterschiedlicher Planungs- und Simulationsumgebungen. vgl. Richert, Evonik Degussa GmbH: Degussa PlantXML

14 Mögliche Vorgehensweisen (5/5) CAE-Planung Verfahrenstechnik PLS- Planung Simulation R&I F. CAE - AT PLS-Eng. PLS 2010 IfA - Folie Nr. 14 PlantXML Integration unterschiedlicher Planungs- und Simulationsumgebungen. CAEX Modellgenerierung auf Basis von: -CAE-Planungsdaten -Verfahrenst. Planung Auf Basis von den PLS- Ingenieuren bekannten Werkzeugen und Methoden

15 Probleme der Modellgenerierung Unsere bisherigen Arbeiten zur automatischen Modellgenerierung zeigen: M. Barth; P. Weber; A. Fay; J. Greifeneder, Semiautomatisch generierte Element- und Prozessmodelle für PLS-Tests, Automation Objekte des R&I-Fließbildes können übernommen werden Verbindungen zwischen den Objekten können übernommen, interpretiert werden. Objektparameter können übernommen werden IfA - Folie Nr. 15 Höhenunterschiede können nicht aus den Fließbildern ausgelesen werden.

16 Parameterbeispiele Material Höhe Max. Flüssigkeits -pegel 2010 IfA - Folie Nr. 16 Wandstärke Durchmesser Stutzendurchmesser Stutzenpositionen Rührsystem Sensorpositionen Mantelgeometrie

17 2010 IfA - Folie Nr. 18 Erläuterungen am Beispiel CAE-Planung Verfahrenstechnik PLS-

18 2010 IfA - Folie Nr. 19 Erläuterungen am Beispiel CAE-Planung Verfahrenstechnik PLS-

19 2010 IfA - Folie Nr. 20 Erläuterungen am Beispiel CAE-Planung Verfahrenstechnik PLS-

20 2010 IfA - Folie Nr. 21 Parameterübernahme ins Simulationsmodell Simulationsmodell

21 2010 IfA - Folie Nr. 22 Simulations-gestützte PLS-Tests Simulationsmodell

22 Zusammenfassung (1/2) Es bestehen bereits auf Teilbereiche eingegrenzte Möglichkeiten zur Übergabe von Planungsdaten über Werkzeuggrenzen hinweg (z.b. PlantXML). Auch die Automatisierungstechnik kennt und setzt vor allem XML-basierte Datenaustauschformate ein (z.b. CAEX). Vorgestellte Ansätze zeigen, dass das PLS- (auch bedingt durch dessen Auslagerung auf Zulieferer und Systemhäuser) noch nicht, oder nur teilweise in diesen Workflow eingebunden wird. Simulation wird bereits als Teil des PLS-Test-s angewendet. PLS-Lieferanten wollen (Kosten, Bereitstellung) und müssen (Know-How) auf ihre Belange abgestimmte Simulationswerkzeuge anwenden. Systemsimulation mit Verfahrenstechnik-Werkzeugen unrealistisch gerade für kleinere Systemhäuser IfA - Folie Nr. 23 Sinnvolle Ansätze zur Automatisierung der Modellgenerierung existieren. Parameter können nur unzureichend aus CAE-Planungsdaten (u.a. R&I-Fließbild) übernommen werden. Gründe: Keine vollständige Befüllung der Eingabemasken, keine Möglichkeit für bestimmte Parameter (z.b. Anlagentopologie, Startwerte, etc.)

23 Zusammenfassung (2/2) Verfahrenstechnik-Planung nutzt Simulation in frühen Projektphasen. Hohe Parameterdichte. Schnittstellen zur CAE-Planungswelt existieren. Durchgängigkeit zum PLS- muss und kann geschaffen werden. Siehe gezeigtes Beispiel. M.Sc. M. Barth 2010 IfA - Folie Nr. 24 Prof. Dr.-Ing. A. Fay alexander.fay@hsu-hh.de