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Vielen Unternehmen fehlen Ressourcen oder geschulte Mitarbeiter, um Handlungsbedarf bei Regelungsproblemen zu erkennen und die notwendigen Änderungen vorzunehmen. Bilder: Emerson

  • Prozessschwankungen aufgrund schlecht abgestimmter Regelkreise sind in Prozessanlagen häufig. Dennoch haben viele Werke keinen konsistenten Ansatz zur Störungsbeseitigung, und die Problemursachen bleiben wochen-, monate- oder sogar jahrelang unentdeckt.
  • Mit geeigneten Technologien und Dienstleistungen zur Lösung von Prozessregelungsproblemen können Anlagenbetreiber Effizienzsteigerungen erzielen.
  • Mögliche Dienstleistungen gehen über einmalige Beratung hinaus und können als Service regelmäßige Zustandsanalyse und Verbesserungsempfehlungen beinhalten.

Die Verbesserung der Prozessregelung ist sehr kostengünstig, da die notwendige Infrastruktur bereits vorhanden und der Effekt sofort spürbar ist, denn die Regelung stellt die Schnittstelle des Prozesses dar. Von kleinen Produktionseinheiten bis hin zu großen Raffinerien können die Effekte einer verbesserten Regelung erheblich sein.

Beispielsweise kann eine stabilere Regelung einen „Quantensprung“ bei der Produktqualität bewirken. Eine verbesserte Regelung ermöglicht auch einen effizienteren Prozessbetrieb, wodurch der Durchsatz gesteigert und eine größere Produktmenge pro Energieeinheit erzeugt wird. Diese Faktoren tragen zudem zu geringerem Verschleiß sowie verminderter Abnutzung der Anlage und damit zu einer höheren Verfügbarkeit und Betriebszeit bei.

Der Automatisierungsspezialist Emerson schätzt, dass eine verbesserte Regelung normalerweise eine Verbesserung bei Abweichungen von der Produktqualität um 20 %, eine Steigerung der Anlagenverfügbarkeit um 2 %, eine Steigerung des Durchsatzes um 5 % und eine Reduzierung des Energieverbrauchs um 5 % bewirken kann. Bei Anwendungen mit hohem Energieverbrauch wie Destillationskolonnen kann dies erhebliche Auswirkungen auf den Gesamtenergieverbrauch und die Betriebskosten haben.

Regelkreise mit Leistungsdefiziten

Durch das Aufspüren von Regelkreisen mit schlechter Leistung und die Bewertung der zugrundeliegenden Ursachen, lässt sich der Regelkreis zunächst stabilisieren und anschließend der Betrieb optimieren. Als sofortiger Effekt wird das Bedienpersonal entlastet, das ansonsten viel Zeit für die Verwaltung der Prozessanlagen aufwendet. Durch die Stabilisierung des Prozesses bleibt mehr Zeit für die Bewältigung abnormaler Situationen, was wiederum die Verfügbarkeit steigert. Durch die Prozessoptimierung verbessert sich erheblich die Leistung, die wiederum zu einer größeren Energieeffizienz und geringeren Emissionen beiträgt.

Regelungsschemata werden grundsätzlich erstellt, um den Prozess stabil zu halten und Schwankungen zu minimieren, was in vielen Fällen allerdings nicht geschieht. Der Automatisierer geht davon aus, dass in einer klassischen Prozessanlage rund zwei Drittel der Regelkreise ein Leistungsdefizit aufweisen. Die Hauptursachen dafür sind Probleme mit der Instrumentierung und den Armaturen, wie einer fehlerhaften Installation beziehungsweise Dimensionierung, einer falschen Regelkreiseinstellung und mangelhaften Auslegung, beispielsweise einer zu großen Entfernung der Instrumentierung zum eigentlichen Messpunkt.

Regelungsanwendung Delta-V Predict Pro von Emerson
Die Regelungsanwendung Delta-V Predict Pro von Emerson berücksichtigt Prozessinteraktionen und schwierige Prozessdynamiken und bewältigt Probleme wie übermäßige Totzeit und Regelkreisinteraktionen. Bilder: Emerson

Eine schlechte Abstimmung hat größere Prozessschwankungen zur Folge. Dies führt wiederum dazu, dass das Bedienpersonal die Anlage, unter Berücksichtigung einer größeren Fehlermarge, außerhalb der Effizienzbereiche betreibt, die normalerweise an der Betriebsgrenze liegen, etwa durch Qualitätsgrenzwerte. Bei einem Vorwärmer könnte dies beispielsweise einen höheren Temperatursollwert und einen höheren Energieverbrauch bedeuten. Folglich werden große Energiemengen aufgrund einer suboptimalen Regelung vergeudet, insbesondere bei Komponenten mit hohem Energieverbrauch wie Destillationskolonnen, Kesseln, Reaktoren, Trocknern und Verdampfern.

Obwohl Prozessschwankungen aufgrund einer schlechten Abstimmung des Regelkreises in Prozessanlagen üblich sind, haben viele Werke keinen formellen, konsistenten Ansatz zur Störungsbeseitigung, und die Problemursachen bleiben daher wochen-, monate- oder sogar jahrelang unentdeckt. Ein Hauptproblem vieler Unternehmen beim Versuch, Regelungsprobleme zu bewältigen, sind fehlende Werkzeuge und Ressourcen, um Handlungsbedarf zu erkennen und die notwendigen Änderungen vorzunehmen. Ihnen steht nur eine begrenzte Anzahl von geschulten Mitarbeitern zur Verfügung, und diese sind extrem ausgelastet. Diese Situation verschlechtert sich noch weiter, da immer mehr erfahrene Mitarbeiter in den Ruhestand gehen.

Bessere Leistung durch monatliche Analyse

Messtechnik- und Automatisierungs-Dienstleistungen können Unternehmen hier helfen, eine erheblich bessere Regelungsleistung in ihren Anlagen zu erreichen. Dazu gehört das Guardian Loop Performance Dashboard von Emerson. Dabei handelt es sich um eine kostenlose Erweiterung des Guardian Support, des Service-Pakets des Unternehmens zur Optimierung der Zuverlässigkeit und Leistung des Leitsystems. Das Dashboard misst die Leistung eines jeden Regelkreises. Anschließend gibt es einen Leistungswert aus, der angibt, wie viele Regelkreise eine eingeschränkte Regelung, hohe Abweichungen und unsichere Eingänge aufweisen oder sich nicht in der normalen Betriebsart befinden. Ein niedriger Wert deutet darauf hin, dass die aktuelle Prozessregelung die Produktqualität, die Produktion und den Ertrag gefährdet.

Werden Probleme mit der Regelkreisleistung festgestellt, stellt der Anbieter lokalen Anlagenteams mit dem Delta-V-Loop-Service zusätzliches Know-how und Erfahrung von Regelungsexperten zur Verfügung und stärkt damit die Möglichkeit für Verbesserungen. Dieser Service, der komplett aus der Ferne erfolgt, bietet monatliche Überprüfungen der Regelungsleistung, wobei Probleme erkannt und Empfehlungen für Korrekturmaßnahmen gegeben werden.

Die Leistung der Regelkreise wird monatlich bewertet, ohne dass eine zusätzliche Software erforderlich ist oder detaillierte Daten den lokalen Standort verlassen müssen. Problembereiche werden für zusätzliche Prüfungen durch die Experten für Regelungsleistung gekennzeichnet. Jeden Monat dokumentieren die Experten nach ihrer Analyse ihre Empfehlungen in einem Bericht. Das Anlagenpersonal vor Ort und der Emerson-Experte gehen den aktuellen Bericht dann in einem Web-Meeting durch, besprechen die Empfehlungen und priorisieren Bereiche für den nächsten Monat. Durch diese Interaktion werden Kunden-Teams geschult sowie Prozess- und Betriebsziele geklärt, sodass ein Plan für die Regelungsleistung aufgestellt werden kann und Regelkreise, die die größten Auswirkungen auf das Ergebnis haben, priorisiert werden können. Der Service erhöht die Anzahl der automatischen, leistungsfähigen Regelkreise, was wiederum zu einer besseren Produktqualität und einem höheren Durchsatz, weniger Bedienereingriffen vor Ort und einer erhöhten Energieeffizienz führt.

Bestehen Probleme, die mehr als PID-Regelung erfordern, bietet Emerson eine Reihe flexibler Regelungsstrategien einschließlich der Regelungsanwendung Delta-V Predict Pro. Sie berücksichtigt automatisch Prozessinteraktionen und schwierige Prozessdynamiken und bewältigt Probleme wie übermäßige Totzeit und Regelkreisinteraktionen ganz einfach. Mit dem Einsatz dieser Regelungstechnologien können Betreiber die Produktqualität steigern, indem sie wesentliche Prozessabweichungen erheblich reduzieren, die Rentabilität erhöhen, indem sie den Prozess näher an seinen Grenzen betreiben, und die Energieeffizienz weiter steigern.

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