System Simatic PCS7 - produkcja ciągła w zakładach chemicznych
Wychodząc z założenia „dobry system - dobry produkt" Zakłady Chemiczne PCC ROKITA S.A. postanowiły całkowicie zmodernizować dotychczasowy system sterowania, kontroli i parametryzacji procesu produkcyjnego Wydziału Produkcji Siarczanowanych. Takie postanowienie stało się mobilizującym wyzwaniem dla naszej firmy. Biorąc pod uwagę złożoność technologii, niezawodność oraz przede wszystkim bezpieczeństwo prowadzenia procesu przez obsługę, przez co należy rozumieć w głównej mierze bezpieczeństwo ludzi, zdecydowano się na zastosowanie kompleksowego rozwiązania problemu - poprzez wybór systemu Simatic PCS7 firmy SIEMENS.
Stworzenie przyjaznego, efektywnego i niezawodnego systemu wiązało się ze szczegółowym zapoznaniem, analizą i zrozumieniem całego procesu technologicznego oraz sugestiami użytkowników mających bezpośredni codzienny kontakt z wytwórnią.
Ze względów technicznych - wymiany dotychczasowego systemu sterowania - zdecydowano się na scentralizowanie z reguły rozproszonego systemu, jakim jest Simatic PCS7.
W skład systemu wchodzi stacja inżynierska z pakietem oprogramowania inżynierskiego PCS7 oraz dwie stacje operatorskie - mistrza i operatora. Wszystkie trzy stacje pracują jako niezależne równoległe systemy operatorskie. Jako centralną jednostkę sterującą PLC zastosowano CPU 417-4 współpracującą z komputerami SCADA poprzez sieć TCP/IP. Jednostka centralna CPU komunikuje się z ośmioma wyspami PLC (każda po osiem modułów WE/WY) za pośrednictwem magistrali PROFIBUS-DP. Cała konfiguracja WE/WY PLC zawiera 32 moduły 8xAI, 13 modułów 4xAO, 10 modułów 32xDI oraz 8 modułów 32xDO z czego wykorzystano 216 wejść typu AI, 44 wyjść typu AO, 256 wejść typu DI oraz 176 wyjść DO - resztę wolnych WE/WY przewidziano jako rezerwę awaryjną lub na rozbudowę wytwórni o elementy AKP.
Jedynym poważnym problemem jaki napotkano podczas realizacji całego projektu było jego uruchomienie i to nie ze względów czysto technicznych, lecz z przyczyn harmonogramu produkcyjnego - wytwórnia mogła zostać zatrzymana jedynie na pięć dni roboczych - co przy takiej złożoności obiektu i zaawansowanym algorytmom sterowania było wręcz niemożliwe. Dlatego też prace przygotowawcze do uruchomienia systemu trwały jeszcze przed jego zatrzymaniem a sama obsługa wytwórni mogła zapoznawać się z systemem na trzy miesiące przed planowanym rozpoczęciem prac rozruchowych.
Tak krótki czas postoju musiał wystarczyć na wpięcie urządzeń napędowych, AKP do systemu PCS7 oraz ich przetestowanie w sposób niezawodny.
Dzięki wspólnej mobilizacji i współpracy wszystkich grup rozruchowych (automatyków, elektryków, pomiarowców, technologów, kierownictwa i obsługi wytwórni) a przede wszystkim dzięki ich dużemu doświadczeniu zawodowemu wytwórnia rozpoczęła wstępny rozruch już po trzech dniach postoju; piątego pamiętnego dnia w godzinach wieczornych wytwórnia rozpoczęła pracę na pełnych obrotach pod nadzorem układu automatyki systemu PCS7.
Możliwości jakie dał zintegrowany system PCS7 pozwoliły na wykonania aplikacji w czasie około 60% szybszym w porównaniu do innych niezintegrowanych w jeden pakiet systemów automatyki. Wykonanie takiej aplikacji w innym systemie biorąc pod uwagę liczbę danych jaka jest przesyłana pomiędzy PLC a stacjami SCADA byłoby bardzo żmudne i pracochłonne - dzięki zastosowaniu gotowych bibliotek systemu PCS7 czas skrócił się nieporównywalnie.
Drzewiasta struktura poruszania się po ekranach synoptycznych w systemie PCS7 pozwala w łatwy i szybki sposób przekazywać operatorom informacje o wszelkich alarmach i awariach dzięki czemu mogą podejmować decyzje w trybie natychmiastowym bez większych zakłóceń w procesie. Również system definiowania użytkowników dla aplikacji z podziałem na grupy użytkowników pozwala przypisać im odpowiednie uprawnienia dla wybranych zmiennych a archiwizacja wszelkich akcji podjętych przez użytkowników pozwala szczegółowo prześledzić przebieg procesu i w przyszłości uniknięcie niepożądanych sytuacji. Indywidualny system haseł dostępu do konfigurowania procesu zabezpiecza przed niepowołanymi użytkownikami co jest ważne dla bezpieczeństwa całej wytwórni jak i okolicy.
Zadaniem systemu jest prowadzenie wytwórni od magazynowania surowców przez spalanie siarki, konwersję SO2/SO3, sulfonowanie, neutralizację, obróbkę odgazów i ścieków do magazynowania gotowych wyrobów. Nad całością produkcji czuwa opracowany wspólnie z technologami przez naszą firmę algorytm automatyki, w którym zastosowano między innymi system wzajemnych blokad technologicznych z zastosowaniem się do wytycznych DTR poszczególnych urządzeń obiektowych, skomplikowane algorytmy regulacyjne PID pracujące niejednokrotnie we wzajemnych kaskadach śledzących przebieg procesu również w sterowaniu awaryjnym ręcznym, co powoduje łagodne przejście całości układu w tryb automatyczny. Specyfika obiektu i głównie bezpieczeństwo oraz jakość produktu finalnego postawiła wielkie wymogi do projektowanego systemu, który stał się przyjaznym interfejsem pomiędzy operatorem a produkcją.
Każdy profesjonalny komputerowy system automatyki powinien posiadać profesjonalne raportowanie parametrów produkcji. Tu postanowiliśmy zastosować jako narzędzie raportowania MS Excel, dzięki któremu przez źródła ODBC można pobierać wszelkie dane historyczne jak i czasu rzeczywistego generowane przez PCS7 oraz wykorzystując możliwości obliczeniowe Excela generować dowolne raporty według potrzeb. Jako gotowe formatki liśmy trzy podstawowe raporty, niezbędne do analizy pracy wytwórni oraz rozliczeń wewnątrz zakładowych.
Raport produkcji jest generowany automatycznie po zakończeniu zlecenia na dany produkt finalny i oprócz podstawowych parametrów związanych z kartą operacyjną produktu zawiera również informacje o zużyciu surowców i innych mediów niezbędnych do prowadzenia procesu (azot, para, powietrze). Raport zmianowy (zwany raportem mistrza) jest również generowany automatycznie ale z końcem zmiany roboczej i wykazuje bieżące stany podstawowych parametrów produkcji jak również zużycia surowców i mediów za zmianę roboczą. Raport okresowy jest raportem generowanym na życzenie operatora systemu i przekazuje w formie bilansowej zużycia surowców i mediów niezbędnych do rozliczeń za zadany okres czasu. W systemie PCS7 BIAP zaimplementował algorytm „konkurencyjny" dla urządzeń bilansowych - przeliczanie zużytego ciepła przez wytwórnię odbywa się na podstawie pomiarów ciśnienia, temperatury i przepływu pary co jest parametrami wejściowymi dla obliczeń entalpi i zużycia ciepła właściwego.
Podsumowując całościowo należy zaznaczyć szczególną uwagą wielką zaletę systemu PCS7 - zminimalizowany czas generowania aplikacji pod zastosowanie końcowe, co jest nieporównywalne dla innych systemów, jego prostotę tak projektowania jak i obsługi przez użytkownika końcowego co czyni go konkurencją dla innych systemów. Zintegrowane skrypty języka C oraz drivery źródeł danych ODBC czynią go systemem otwartym dla współpracy z programistami a co za tym idzie staje się systemem funkcjonalnym i przyjaznym.
