CAE in der Prozessautomatisierung Detail Engineering in der

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Fakultät ETIT, Institut für Automatisierungstechnik, Professur für Prozessleittechnik
CAE in der Prozessautomatisierung
Detail Engineering in der
Prozesstechnik
Dipl.-Ing. Markus Graube
SS 2014, 22.04.2014
Professur für Prozessleittechnik
Übersicht
• R&I-Fließbild (kurze Wiederholung)
• EMSR-Anforderungen
 Grafische Symbole und
 Kennbuchstaben nach DIN 19227-1
 Erweiterung durch IEC 62424
• PLT Funktionen
• Stellenfunktionspläne
• Software Konfiguration
Urbas/Graube © 2014
CAE@PA
Folie 2
CAE@PA
Folie 3
Information im R&I-Schema
Grundinformation
Zusatzinformation
• Funktion, Art und ID (z.B.
Referenzkennzeichen) der Apparate
und Maschinen
• Gerätearten wichtiger Meß-, Regelund Steuerfunktionen
• kennzeichnende Größen von
Apparaten und Maschinen
• Nennweiten, Druckstufen,
Rohrklassen und Ausführungen von
Rohrleitungen
• Meß-, Regel- und Steuerfunktionen
und deren Kennzeichnung
CAE@PA
• wesentliche Werkstoffe von
Apparate und Maschinen
• Referenzkennzeichnung von
Armaturen
• Namen von Anlagenteilen
• Höhenlage von Apparaten u.
Maschinen
Folie 4
Aufgabe des R&I-Schema
• detaillierte Darstellung der konkreten technischen
Realisierung eines Verfahrens bzw. einer verfahrenstechnischen
Anlage mit Hilfe von graphischen Symbolen und Linien
technischer Prozess

(Verfahren, Funktion)
technisches System
(Geräte, Instrumentierung)
• Verdeutlichung aller geräte- und informationstechnischen
Zusammenhänge, die für eine praktische Abwicklung notwendig
sind
CAE@PA
Folie 5
Übersicht
 Grafische Symbole
• PLT Funktionen
CAE@PA
Folie 6
Überblick Graphische Symbole
• Aktuell (seit 01/2010):
 IEC DIN EN 62424 Darstellung von Aufgaben der Prozessleittechnik - Fließbilder
und Datenaustausch zwischen EDV-Werkzeugen zur Fließbilderstellung und CAESystemen
• Bisher:
 DIN 19227-1 Grafische Symbole und Kennbuchstaben
für die Prozessleittechnik – Darstellung und Aufgaben
 Gültigkeit 1993 – 2010 (Übergangsfrist bis 7/2012)
 DIN V 44366 Festlegung für die Darstellung von Aufgaben der Prozessleittechnik
in Fließbildern und für den Datenaustausch zwischen EDVWerkzeugen zur
FließbildErstellung und CAESystem
 2004 – 2010 (Übergangsfrist bis 7/2012)
• während Übergangsfrist waren alle drei gültig und sind immer noch weit
verbreitet
CAE@PA
Folie 7
DIN 19227 - Grafische Symbole und
Kennbuchstaben für die Prozessleittechnik
• Zweck:
 Aufgabenbezogen Darstellung der PLT auf verfahrenstechnischen
Fließbildern
 Beschränkung auf prozessbezogene EMSR-Technik
 keine Detaildarstellung der EMSR-Funktionen intern und
untereinander
 Keine Darstellung von Verdrahtungsdetails
• Anwendungsbereich
 Verfahrenstechnische Anlagen (Chemie, Kraftwerk,
Nahrungsmittel, Wasser, …)
CAE@PA
Folie 8
Grafische Symbole
• Darstellung der EMSR-Aufgabe durch EMSR-Stellen-Symbol (EMSRSS) durch Rund bzw. Lang-Rund („PLT-Ei“)
 Allgemein
 Prozessleitsystem
 Prozessrechner
• Kennzeichnung des Ausgabe- und Bedienortes
 Vor Ort
- kein Querstrich
 Leitwarte
- ein Querstrich
 Örtlicher Leitstand
- Doppelquerstrich
(19227-1)
CAE@PA
Folie 9
Textfelder am EMSR-SS
• 1 EMSR-Stellen-Funktion
 Kennbuchstaben
• 2.1 und 2.2 EMSR-StellenKennzeichnung
 Identifikation
• 3.1 und 3.2 weitere
Kennzeichnungen
 Z.B. Ort, Stelle, etc.
(19227-1)
CAE@PA
Folie 10
Darstellung von Messort und
Stellgerätefunktion
• Messort wird durch Bezugslinie
mit EMSR-SS verbunden (0.25
mm, durchgezogen)
• Messort kann durch Kreis
(d=2mm) hervorgehoben
werden
• Stellgerätefunktion kann
durch zusätzlichen Kreis
dargestellt werden
(19227-1)
CAE@PA
Folie 11
Weitere Regeln für die Darstellung
• Erfüllung einer Funktion durch
Mehrfacherfassung
 mehrere EMSR-SS
• Mehrere Ausgabe- und
Bedienorte
 mehrere EMSR-SS
(19227-1)
CAE@PA
Folie 12
Kennbuchstaben
• Buchstabensequenz, eingeteilt in zwei Gruppen
 Gruppe 1: Erstbuchstabe und ggf. Ergänzungsbuchstabe
 Messgröße - Physikalische Größe
 Gruppe 2: Folgebuchstaben
 Verarbeitung
• Achtung: Kein Trennzeichen zwischen den Gruppen
 Gruppenzugehörigkeit muss aus Kontext erschlossen werden
 Geht nur mit „Geheim“-Wissen über Konstruktion, Beispiel
Telefonnummern: 004935146339614, 03031472007,…
CAE@PA
Folie 13
Gruppe 1 – Messgröße - Physikalische Größe
Erstbuchstabe
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
D – Dichte
E – Elektrische Größe
F – Durchfluss, Durchsatz
G – Amplitude, Stellung, Länge, Dehnung,
Abstand
H – Handeingabe, Handeingriff
K – Zeit
L – Stand
M – Feuchte
P – Druck
Q – Qualität, Stoffeigenschaft, Analyse
R – Strahlungsgröße
S – Geschwindigkeit, Drehzahl, Frequenz
T – Temperatur
U – Zusammengesetzt
V – Viskosität
W – Gewichtskraft, Masse
N,X,Y – sonstige, frei Verfügbar
CAE@PA
Ergänzungsbuchstabe
• D – Differenz
• F – Verhältnis
• J – Messstellenabfrage
• Q – Integral, Summe
• Buchstaben, die der Kategorie
Ergänzungsbuchstabe
zugeordnet sind, dürfen nicht in
Gruppe 2 – Folgebuchstaben
verwendet werden
Folie 14
Gruppe 2 – Folgebuchstaben - Verarbeitung
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
A
Alarm
C
Selbsttätige Regelung
E
Aufnehmerfunktion
H,+
Oberer Grenzwert
I
Anzeige
L,Unterer Grenzwert
O
Sichtzeichen, Ja/Nein-Anzeige (ohne Störung)
R
Registrierung
S
Schaltung, Ablaufsteuerung, Verknüpfungssteuerung
T
Messumformer-Funktion
U
zusammengefasste Antriebsfunktionen
V
Stellgeräte-Funktion
Y
Rechenfunktion
Z
Noteingriff, Schutz durch Auslösung, Schutzeinrichtung,
sicherheitsrelevante Messung
• K,M
frei verfügbar
CAE@PA
Folie 15
Grenzwerte und Schutzeinrichtungen
• Oberer (H,+) und unterer Grenzwert (L,-) werden den
Folgebuchstaben A,O,S,Z einzeln oder gemeinsam nachgestellt
• H,+,L,- dürfen auch zur Kennzeichnung der Endstellungen
offen/geschlossen bzw. Schaltzustände Ein/Aus verwendet werden
• Sensoren und Aktoren in Schutzeinrichtungen ohne Schaltfunktion
sind durch Z in Klammern zu kennzeichnen
CAE@PA
Folie 16
Stellgeräte
• Einwirkung auf Strecke
CAE@PA
(19227)
Folie 17
Beispiele
EMSR-Stelle 1  Druckmessung mit Anzeige in Prozeßleitwarte
PI
PDI
707
305
Behälter
EMSR-Stelle 3 
Differenzdruckmessung mit
Anzeige vor Ort
LIAL
306
Rohrleitungssystem
EMSR-Stelle 2
 Füllstandsmessung mit Anzeige und
Alarmierung in der Prozeßleitwarte
Legende:
P
L
D
I
A
L
- Druck
- Füllstand
- Differenz
- Anzeige
- Alarmierung / Störungsmeldung
- unt. Grenzwert
CAE@PA
(Erstbuchstabe)
(Erstbuchst.)
(Ergänzungsbuchst.)
(1. Folgebuchst.)
(2. Folgebuchst.)
(3. Folgebuchst.)
Folie 18
Beispiele
FIC
315
EMSR-Stelle 
Durchflußregelung in der Prozeßleitwarte
Meßsignal (Regelgröße x)
Stellsignal y
Behälter
Pumpe
(zum Verbraucher)
Legende: F - Durchfluß (Erstbuchst.)
I - Anzeige (1. Folgebuchst.)
C - Regelung (2. Folgebuchst.)
CAE@PA
Folie 19
Beispiele
EMSR - Stelle  Füllstandsregelung in der Prozeßleitwarte
LIC
320
Meßsignal (Regelgröße x)
Stellsignal y
Zufluß
Pumpe
Behälter
Abfluß
(zum Verbraucher)
Legende b): L - Füllstand (Erstbuchst.)
I - Anzeige (1. Folgebuchst.)
C - Regelung (2. Folgebuchst.)
CAE@PA
Folie 20
Beispiele
EMSR - Stelle 1  Füllstandsregelung in der Prozeßleitwarte
LIC
320
EMSR - Stelle 2  binäre Steuerung
mit oberer / unterer Grenzwertüberwachung in der Prozeßleitwarte)
Zufluß
LSO ±
322
Regel- Auf-/Zuventil ventil
Abfluß
(zum Verbraucher)
Legende: L - Füllstand (Erstbuchst.)
I - Anzeige (1. Folgebuchstabe)
S - binäre Steuerung / Überwachung
O - Anzeige für oberen (+) / unteren (-) Grenzwert
CAE@PA
Folie 21
Übung
CAE@PA
(19227)
Folie 22
Übung
CAE@PA
(19227)
Folie 23
ISA 5.1
• Amerikanischer Standard für Instrumentensymbolik und –
Kennzeichnung
• gleicher Zweck wie DIN 19227-1, aber:
 leicht abweichende Symboldarstellung und detailliertere Liste
der Kennbuchstaben (inkl. typische Kombinationen)
 Trennung Geräte/Funktion konsequent
 Erweiterung durch Darstellung der internen Funktion von EMSRFunktionen
 detaillierte Definition der möglichen Linienarten
CAE@PA
(ISA 5.1)
Folie 24
ISA 5.1
CAE@PA
(ISA 5.1)
Folie 25
ISA 5.1
CAE@PA
(ISA 5.1)
Folie 26
ISA 5.1
CAE@PA
(ISA 5.1)
Folie 27
ISA 5.1 - Beispiele
ISA 5.1
DIN 19227-1
(ISA 5.1)
CAE@PA
Folie 28
ISA 5.1 - Beispiele
CAE@PA
(ISA 5.1)
Folie 29
IEC DIN EN 62424
(EN 62424)
CAE@PA
Folie 30
Übersicht
• PLT Funktionen
CAE@PA
Folie 31
Einführung PLT-Funktionen
• NA35 - Abwicklung von PLT-Projekten
CAE@PA
Folie 32
Einführung PLT-Funktionen
• Diese Vorlesung
• Nächste Vorlesung
CAE@PA
Folie 33
PLT Funktionen
• Input: Anlagenkonzept
 z.B. Batchanlage der Professur
• Beschreibung der benötigten Wege, Aktoren und Sensoren
vorhanden als R&I-Fließbild
• PLT-Funktionen festlegen
 Erarbeiten aller PLT-relevanter Angaben in den R&I-Fließbildern
 z.B. Auf/Zu-Ventil Abfluss Edukttank B001
 Hinzufügen von Messfunktion/Stellfunktion/Alarm
 z.B. Stellfunktion (öffnen) und Messfunktion (offen/geschlossen)
CAE@PA
Folie 34
PLT Funktionen
 Sicherheitsgespräch (Stufe 2) führen
 Z.B. Verriegelung des Auf/Zu-Ventils am Abfluss bei zu niedrigem
Füllstand im Edukttank B001
 Z.B. Verriegelung des Auf/Zu-Ventils am Zufluss bei zu hohem Füllstand
im Edukttank B001
 Festlegen und Klassifizieren sicherheitsrelevanter PLT-Stellen
 Verriegelung Abfluss -> Sicherheitsrelevanz niedrig
 Verriegelung Zufluss -> Sicherheitsrelevanz hoch
CAE@PA
Folie 35
PLT Funktionen
 Funktionspläne erstellen
 Z.B. Temperaturregelung
 Erarbeiten der Aufgaben des PLS
 Z.B. Alarmierung bei zu hoher Temperatur
 Projektspezifische Standards (Typicals) erarbeiten
 Z.B. Pumpen und Rührer als MOTOR
 CAE-Werkzeuge zur Unterstützung der Planung und Dokumentation
 „Kaum“ Papiervorlagen sondern z.B. COMOS
CAE@PA
Folie 36
PLT Funktionen
• Output:
 RI-Fließbilder mit PLT-relevanter Vollständigkeit
 Endgültiges Lastenheft/Pflichtenheft für
 Regelung & Steuerung
 Verriegelungen
 Bedienung
 Leittechnik
 Funktionspläne
 Typicals
CAE@PA
Folie 37
PLT Funktionen
• Regelung und Steuerung
• Meist SISO@VT, d. h. Sensor – PLT-Funktion – Aktor
• Wird von CAE-Werkzeugen unterstützt
• Verriegelungen
• Meist ein Netzwerk von Bedingungen
• Bei geschickter Modularisierung bzw. hierarchischem Aufbau
Beschränkung auf eine Teilanlage
• Planungsinstrument: Verriegelungsmatrix
 Wird in CAE-Werkzeugen noch nicht ausreichend unterstützt warum?semiformale-Modelle
CAE@PA
Folie 38
Verrieglungsmatrix
Auf/Zu-Ventil Abfluss schließen
Auf/Zu-Ventil Zufluss 1 schließen
Auf/Zu-Ventil Zufluss 2 schließen
Pumpe abschalten
Meldung Edukttank B001 leer
Meldung Reaktor R001 voll
Meldung Reaktor R002 voll
PLT Funktionen
Füllstand Edukttank B001 niedrig
Füllstand Reaktor R001 hoch
Füllstand Reaktor R002 hoch
A
B
C
A || B || C
D
CAE@PA
x
x
x
x
x
x
x
Folie 39
PLT Funktionen
 Funktionspläne
 Der Funktionsplan ist eine PLT-stellenübergreifende Beschreibung einer
Steuerungsaufgabe mit grafischen Symbolen unabhängig von der
Realisierung nach DIN 40719 Teil 6
 -> seit 2002 ersetzt durch DIN EN 60848.
 CAE-Werkzeuge
 SFCedit, FluidSIM, WinErs, OFT2, LogiDoc
CAE@PA
Folie 40
PLT Funktionen
 Bedienung
 Prozessbedienbilder als wichtige Schnittstelle zwischen Mensch
(Bediener/Operator) und verfahrenstechnischem Prozess
 Hohe Qualitätsanforderungen
 Visualisierung ähnlich dem R&I-Fließbild
 Leittechnik
 Alarme
 Warnung vor kritischen Zuständen
CAE@PA
Folie 41
Übersicht
• PLT Funktionen
CAE@PA
Folie 42
Stellenfunktionspläne
(NA35)
CAE@PA
Folie 43
• Ziele beim Einsatz von Typicals
 Wiederverwendung
 Zeitreduktion
 Qualitätsverbesserung
 Reduzierung der Variantenvielfalt
 Beschleunigte Genehmigung der Planungsvorgänge und –dokumente durch
Kunden
 schnellerer Test und Simulation der Planungsergebnisse
 „Automatisierung der Automatisierung“
CAE@PA
Folie 44
(ISA95)
CAE@PA
Folie 45
• Einzelsteuerfunktion (ESF)
 Werkzeug: PCS 7,
Comos Automation Interface
CAE@PA
Folie 46
Übersicht
• PLT Funktionen
CAE@PA
Folie 47
Software Konfiguration
CAE@PA
(NA 35)
Folie 48
• Funktionbausteinsprache (FBS)
(Siemens)
CAE@PA
Folie 49
• Continious Function Chart (CFC)
CAE@PA
Folie 50
• CFC - Continous Function Chart
 Grafischer Editor
 Bausteine platzieren, parametrieren und verschalten
 Nach technologischen Aspekten strukturierte Pläne
 Plan in Plan (hierarchische Pläne)
 Standardisierbar und wiederverwendbar
CAE@PA
Folie 51
• SFC
 Sequential Function Chart (SFC)
 Siemens spezifisch
 IEC 61131 -> AS
CAE@PA
Folie 52
• SFC
 Graphische Projektierung und Inbetriebnahme von Ablaufsteuerungen
 Zustands- und ereignisgesteuerte Prozessführung (Rezepte)
 Steuert mit CFC erstellte Funktionen selektiv
(Siemens)
CAE@PA
Folie 53
• HMI
 Alarmfunktionen werden automatisch erzeugt
CAE@PA
Folie 54
• HMI
 Bedienbilder für Einzelsteuerfunktionen ebenfalls
CAE@PA
Folie 55
• HMI
 In Entwicklung ist die automatische Generierung einer Visualisierung aus
bereits vorhandenen CAE-Daten z. B. R&I-Fließbild -> Vorlesung
?
CAE@PA
Folie 56
Literatur
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Namur NA35: Abwicklung von PLT-Projekten (2003).
Strohrmann, G.: Anlagensicherung mit Mitteln der MSR-Technik (1983).
DIN EN 60848: GRAFCET, Spezifikationssprache für Funktionspläne der Ablaufsteuerung (2002).
DIN EN 61512-1 - Chargenorientierte Fahrweise Teil 1: Modelle und Terminologie (2000).
ISA 95.00.03 - Enterprise - Control System Integration Part 3: Activity Models of Manufacturing
Operations Management (2005).
Siemens: Prozessleitsystem PCS 7 – CFC für SIMATIC S7 (2009).
Siemens: Prozessleitsystem PCS 7 – SFC für SIMATIC S7 (2009).
DIN 19227-1 Grafische Symbole und Kennbuchstaben
für die Prozessleittechnik – Darstellung und Aufgaben
DIN V 44366 Festlegung für die Darstellung von Aufgaben der Prozessleittechnik in Fließbildern und
für den Datenaustausch zwischen EDVWerkzeugen zur FließbildErstellung und CAESystem (Vorlesung
10 - CAEX)
EN 62424 Darstellung von Aufgaben der Prozessleittechnik - Fließbilder und Datenaustausch
zwischen EDV-Werkzeugen zur Fließbilderstellung und CAE-Systemen
ISA-5.1-1984 (R1992) Instrumentation Symbols and Identification
CAE@PA
Folie 57

CAE in der Prozessautomatisierung Detail Engineering in der

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