Regelkreise analysieren und optimieren

Advanced Services identifizieren Optimierungspotenzial in bestehenden Anlagen

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21.05.2015 Je komplexer eine Chemieanlage, desto größer sind die Abhängigkeiten der darin installierten Regelkreise. Das führt dazu, dass auch eine ursprünglich sehr sorgfältig optimierte Anlage sich im laufe der Zeit von ihrem Optimum entfernt. Bei der Wacker Chemie hat man deshalb die Regelkreise einer Keten-Spaltanlage einer intensiven Prüfung unterzogen. Mit verblüffenden Ergebnissen.

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Entscheider-Facts Für Betreiber

  • In einer Anlage der Wacker Chemie AG im oberbayerischen Burghausen führte ABB eine umfangreiche Regelkreis-Performance-Analyse von mehr als 100 PI(D)-Reglern durch.
  • Im Rahmen des Projektes werden die Regelkreise hinsichtlich Regelungsqualität, Prozessgüte sowie Signalverarbeitung überprüft und Verbesserungspotenziale für Reglerstrukturen, Stellglieder oder Sensorik identifiziert.
  • Mit den so gewonnen Erkenntnissen verspricht sich der Kunde zusätzliche Verbesserungen hinsichtlich Qualität, Durchsatz und Kosten.

Die Wacker Chemie betreibt in Burghausen u.a. eine sogenannte Keten-Spaltanlage. Flüssige Essigsäure wird verdampft und gasförmig in Spaltöfen eingespeist. Unter Einsatz bestimmter Katalysatoren findet eine Abspaltung in Keten und Wasser statt. Keten dient als Grundstoff für die Herstellung von Isopropenylacetat (IPA) und dem Folgeprodukt Acetylaceton (Acac). IPA findet außerdem z. B. Verwendung als Co-Monomer in Polymeranwendungen oder als Acetylierungsmittel in organischen Synthesen. Acac wird für unterschiedlichste Anwendungen benötigt, u. a. zur Herstellung von Pharmazeutika. Obwohl die Anlage seit Jahren problemlos arbeitet, entschloss sich die Betriebsleitung zu einer Überprüfung der Wirtschaftlichkeit, um somit u. a. die Zukunftssicherheit der Anlage zu gewährleisten. „Unser Anliegen resultiert aus Überlegungen zur Effektivitätssteigerung ohne weitere Investitionen in neue Betriebsmittel“, erklärt Dr. Siegfried Pflaum, Betriebsleiter der Keten-Anlage.

ABB Service Control erhielt von der Wacker Chemie den Auftrag zu einer umfangreichen Analyse der gesamten Automatisierungslösung sowie der Regelkreise in der Keten-Anlage. Im November 2013 starteten die Arbeiten mit der Installation und Inbetriebnahme eines sogenannten Serviceport-Servers. Dabei handelt es sich um eine  Serviceplattform, mit der eine Vielzahl unterschiedlicher „Advanced Services“ des Automatisierungsanbieters zur Verfügung gestellt werden können. Als „Service Guide vor Ort“ ermöglicht der Serviceport die Bereitstellung lokaler oder remote ausgeführter Dienstleistungen und bietet einen Zugang zu den jeweils aktuellsten System- und Prozessanalysefunktionen des Herstellers. Neben der hier vorgestellten Regelkreisanalyse sind weitere Funktionen z. B. zur Analyse von Leitsystemkomponenten, Computern, Netzwerken, Antrieben u.v.m. verfügbar. Durch die kontinuierliche Überwachung von System- und Prozesssignalen generiert der Serviceport wertvolle Leistungskennzahlen (KPIs), die frühzeitig auf sich anbahnende System- und Prozessstörungen hinweisen. Mit Hilfe des Serviceport-Explorers – einer einfach und intuitiv zu bedienenden Benutzeroberfläche – erhält der Kunde Einblick in die entsprechenden Leistungskennzahlen und kann so rechtzeitig und effizient entsprechende Gegenmaßnahmen einleiten und Leistungsverbesserungen auf den Weg bringen.

Die Automatisierung der Keten-Anlage basiert auf dem Prozessleitsystem Freelance mit Digi Vis als Bedien- und Beobachtungsebene der Anlage. Die erforderlichen Automatisierungsaufgaben übernehmen fünf redundante AC-800F-Controller bzw. rackbasierte Prozessstationen. Die Anbindung des Serviceport-Servers an das Prozess-Leitsystem erfolgte über die vorhandene OPC-DA-Schnittstelle. Der für die Analyse betrachtete Anlagenteil verfügt über 139 Regelkreise, wovon 109 Regelkreise als aktive Regelkreise in der Analyse Berücksichtigung finden. Eine Abtastrate der Signale von zwei Sekunden sorgt für eine ausreichend detaillierte Datenbasis, um die regelungstechnische Leistungsfähigkeit der Anlage beurteilen zu können.

Prozessschwankungen durch suboptimale Regel-Parameter
„Es ist leicht nachvollziehbar, dass bei einer so großen Anzahl unterschiedlicher Regelkreise eine gegenseitige Beeinflussung der Regelungen nicht auszuschließen ist“, erklärt Bernd Schuhmann von Vertrieb Service Control der ABB Automation. Suboptimale Regler-Parameter können zudem zu Prozessschwankungen führen, was u. a. wiederum Durchsatz oder Ausbeute negativ beeinflusst. Positiv ausgedrückt lassen sich durch eine Regelkreisoptimierung Schwachstellen und Engpässe erkennen und beseitigen, was zu einer längeren Lebensdauer der Komponenten führt. „Geringere Schwankungen im Prozess erlauben es dem Betreiber näher an die Spezifikationsgrenzen seiner Anlage zu gehen und damit bei gleichmäßiger Produktqualität einen höheren Ausstoß und zugleich einen energieeffizienteren Betrieb sicherzustellen“, so Schuhmann.

Heftausgabe: Juni 2015
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Über den Autor

Rainer R. Hofmann, ABB
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