System Simatic PCS7 - produkcja wsadowa (batching) w zakładach chemicznych

Dążąc do standaryzacji i unifikacji systemów sterowania oraz głównie stawiając na jakość produktów, idąc w dalszym ciągu drogą „dobry system - dobry produkt", w Zakładach Chemicznych ROKITA S.A. postanowiono całkowicie zmodernizować dotychczasowy system sterowania automatyką Wydziału Produkcji Uniepalniaczy.

Na Wydziale Uniepalniaczy produkuje się związki stosowane w przemyśle tworzyw sztucznych. Wyroby te, potocznie zwane retardantami, mają zastosowanie między innymi przy produkcji pianek poliuretanowych powodując redukcję ich własności palnych. Produkcja uniepalniaczy jest skomplikowanym procesem szarżowym wymagającym dużej precyzji w namiarze surowców z jednoczesnym dokładnym sterowaniem temperaturą i ciśnieniem. Proces produkcyjny składa się z kilku etapów odbywających się w szeregu aparatach (reaktorach). Wszystkie urządzenia i osprzęt  (w tym AKPiA) muszą być przystosowane do pracy w strefie zagrożonej wybuchem (strefa 2).

Biorąc pod uwagę wszystkie aspekty (techniczne, wymagania technologiczne i przede wszystkim bezpieczeństwo ludzi oraz kładąc szczególny nacisk na ochronę środowiska) postawiliśmy kolejny raz na kompleksowe rozwiązanie niezawodnego systemu Simatic PCS7 firmy Siemens.

Ze względów technicznych - modernizacji dotychczasowego systemu sterowania i rozbudowy o nową część instalacji oraz strefy zagrożonej wybuchem - zdecydowano się na częściowe scentralizowanie z reguły rozproszonego systemu jakim jest Simatic PCS7.

W skład systemu wchodzą trzy stacje komputerowe: stacja inżynierska z pakietem oprogramowania inżynierskiego PCS7 oraz dwie stacje operatorskie, wszystkie pracujące jako niezależne równoległe systemy operatorskie.

Jako jednostkę sterującą PLC zastosowano CPU 417-4 współpracującą z komputerami SCADA poprzez sieć Industrial ETHERNET. Ze względu na liczbę obiektów peryferyjnych magistrali Profibus DP oraz dwóch kierunków trasy kablowej konieczne było rozdzielenie na dwa segmenty Profibusa. Cała konfiguracja systemu zawiera sześć szaf sterowniczych (8 wysp I/O Profibus DP) rozmieszczonych w różnych częściach obiektu oraz trzy szafy rozdzielnic elektrycznych. Cały system zawiera w sobie: 1 moduł SIWAREX M, 3 moduły szybkich liczników FM 350-2, 14 modułów 8xAI, 6 modułów 4xAO, 12 modułów 32xDI, 3 moduły 16xDI, 5 modułów 32xDO, 2 moduły 16xDO, 26 mikroprocesorowych zabezpieczeń napędów SIMOCODE, 3 analizatory sieci elektrycznej DirisAP oraz przepływomierz Promass 83F - wszystko pracujące na magistrali Profibus DP. Fizyczne zasoby I/O wykorzystano w 80% - resztę pozostawiono jako awaryjną rezerwę lub pod dalszą rozbudowę systemu.

Głównym problemem, jaki powstał w trakcie realizacji inwestycji był czas, gdyż nowy system musiał rozpocząć swoją pracę u schyłku okresu remontowego trwającego zaledwie 3 tygodnie. Biorąc pod uwagę liczbę sygnałów I/O w systemie oraz konieczność ich niezawodnego przetestowania (strefa zagrożenia wybuchem) wraz z przetestowaniem algorytmów sterowania oraz montaż nowych aparatów AKPiA na obiekcie czas 3 tygodni mija w sposób niezauważalny. Wspólna mobilizacja, a w szczególności wieloletnie doświadczenie, wszystkich grup rozruchowych (programistów, automatyków, pomiarowców, elektryków, mechaników, technologów oraz kierownictwa i pracowników wytwórni) oraz rzetelna komunikacja pomiędzy poszczególnymi grupami pozwoliła na niezawodne uruchomienie wytwórni w wymaganym terminie.

Zintegrowany system PCS7 pozwolił na wykonanie prac projektowo-programistycznych w czasie około 60% szybszym w stosunku do innych niezintegrowanych systemów. Liczba zmiennych jaka jest przesyłana pomiędzy podrzędnym poziomem sterowania PLC a nadrzędnym systemem SCADA jest bliska liczbie 30700 - dzięki zintegrowanym funkcjom PCS7 zmienne te zostały wygenerowane automatycznie - taka liczba zmiennych do wprowadzenia przy niezintegrowanym systemie była by bardzo pracochłonna oraz wówczas znacznie zwiększa się ryzyko popełnienia pomyłki, zazwyczaj trudnej do lokalizacji.

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 procesu produkcyjnego od etapów syntezy w reaktorach produkcyjnych, absorpcję odgazów (która jest „sercem" instalacji w zakresie ochrony środowiska), obróbkę produktów gotowych przez ich zmagazynowanie w zbiornikach magazynowych aż do załadunku autocysterny włącznie.

Nad całością produkcji czuwa opracowany wspólnie z technologami przez firmę BIAP algorytm automatyki, w którym zastosowano między innymi system wzajemnych blokad technologicznych (do 40 blokad przypadających na jeden zawór!) 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.

Dodatkową funkcją jaką pełni system PCS7 jest pełen monitoring rozdzielni elektrycznych wraz z rozliczeniem energii elektrycznej.

Oprócz możliwości monitorowania parametrów elektrycznych rozdzielnic w systemie istnieje również możliwość pełnej diagnostyki pracy napędów pomp - dzięki zastosowaniu mikroprocesorowych zabezpieczeń silników SIMOCODE.

Ze względu na charakter produkcji w reaktorach - produkcja wsadowa oraz różnorodność produktów - konieczne było zastosowanie systemu receptur. Tu firma BIAP zdecydowała się na wykorzystanie dodatkowego pakietu inżynierskiego WinCC UserArchive.

Dzięki zastosowaniu pakietu funkcji UserArchive oraz ich szerokich możliwości    użytkownik w efekcie końcowym uzyskał przyjazny i intuicyjnie prosty graficzny interfejs  swobodnego konfigurowania, edycji i tworzenia nowych receptur. Również samo prowadzenie etapu syntezy dzięki swej prostocie oraz przejrzystości pozwala operatorom prowadzić proces syntezy na wielu reaktorach jednocześnie (wielookienkowość systemu PCS7)

Podsumowując należy stwierdzić, po raz kolejny, że system PCS7 w porównaniu do innych systemów automatyki pozwala generować aplikację końcową w efektywniejszym czasie o około 60% szybciej. Zintegrowane biblioteki systemowe ujednolicają środowisko zarówno inżynierskie jak i runtime'owe. Wykonany system automatyki jest dowodem, że PCS7 nadaje się nie tylko do procesów produkcyjnych o charakterze ciągłym, ale również znakomicie pełni swą rolę przy produkcjach o charakterze wsadowym.