Print

Využívání simulace procesů v životním cyklu závodu

-- 13.05.19

Využívání simulace pro návrh závodu, validaci systému automatizace procesů a školení operátorů přispěje k optimalizaci operací závodu. 

Digitální transformace rychle začala ovlivňovat petrochemický průmysl. Až 60 % rafinérií vynaložilo v roce 2018 na digitální technologie více prostředků a 67 % se domnívá, že absence digitálních řešení by snížila jejich konkurenční výhodu, uvádí výzkumná zpráva společnosti Accenture. Ačkoli je pro řešení této poptávky vyvíjen nový software a hardware, zavedené strategie také hrají v digitální revoluci důležitou roli. Změna bude spočívat v tom, jak budou tyto nástroje, jako jsou simulátory školení obsluhy, implementovány, nasazeny a využívány k dosažení optimálního výkonu závodu.

Simulace procesů je klíčovým nástrojem v petrochemickém průmyslu po celá desetiletí. Simulátory se využívají ve dvou klíčových fázích životního cyklu závodu. Během počáteční fáze návrhu umožňují modely s ustáleným stavem konstruktérům navrhovat a dimenzovat klíčová zařízení a zajistit, aby byly uspokojeny tepelné a materiálové bilance.

Později, když je závod v provozu, využívá provozní personál dynamické výcvikové simulátory pro operátory (Operator Training Simulators – OTS) v rámci zaškolování nových pracovníků a občerstvení dovedností zkušených pracovníků ve 3. fázi a v části 5. fáze životního cyklu závodu znázorněného na obrázku 1. To však ponechává mnoho fází technického zajištění a operací bez interakce se simulátorem.

Vedení společnosti může používat simulaci s vysokou věrností v průběhu celého životního cyklu závodu, aby dosáhlo co nejlepší návratnosti investice, a to tak, že simulátor bude využíván jako digitální kopie fyzického závodu, která není omezena na úzce vymezené případy použití. Pokrok v oblasti výpočetní techniky vyplnil mezeru mezi návrhem a provozem, takže pro studie technického zajištění a školení obsluhy lze současně využívat kompletní, vysoce věrný model závodu. Překlenutím této mezery se do záběru použití dostane mnohem větší část životního cyklu závodu a odemkne se potenciál simulátoru procesu jako nástroje, který pokrývá celý závod od návrhu až po provoz. 

Statické a dynamické simulační modely

Software pro statickou simulaci procesů se intenzivně využívá ve fázi FEED (Front-End Engineering and Design) u projektů typu brownfield a greenfield. Komplexní modely zařízení poskytují konstruktérům kompletní přehled o tepelných a materiálových bilancích pro omezení projektových případů a dalších provozních podmínek. Simulační software se navíc používá k provádění studií proveditelnosti, posuzování různých konfigurací procesů a identifikaci rizik. Technici mohou využít tyto informace, aby zajistili, že návrhy jsou bezpečné, splňují předpisy pro ochranu životního prostředí a maximalizují provozní a obchodní výkonnost výrobního prostředku (viz obrázek 1).

Statická simulace je obecně nejčastěji využívaným nástrojem v této fázi životního cyklu závodu. Pro studie proveditelnosti však mohou být užitečné dynamické modely. Zralý simulační software umožňuje konečnému uživateli plynule přejít ze statického na dynamický model. V tomto případě jsou služby potřebné k vytvoření počátečního modelu prováděny předem během fáze FEED. Výhody simulátoru mohou být realizovány v následných fázích životního cyklu s minimálními investicemi do služeb. 

Simulace pro návrh závodu, validace

Zatímco statické modely zajišťují provoz za definovaných podmínek v ustáleném stavu, dynamický simulátor umožňuje technikům ověřit, že závod může úspěšně fungovat v každém bodě, od najetí bez vnějších energetických zdrojů („black-start“) až do fáze provozu na plnou kapacitu. Jakmile je návrh závodu dokončen, technici mohou použít simulátor pro kontrolu, zda je řešení vhodné pro daný účel a zda všechna zařízení dokážou plnit požadavky postupů spouštění a provozních sekvencí.

Při dodržení procesních a mechanických datových listů během fáze vývoje modelu mohou mít koneční uživatelé jistotu, že veškerá zařízení v simulaci odpovídají svému fyzickému protějšku v provozu. S tímto vědomím mohou technici kontrolovat chování jednotlivých zařízení v závodě, od jednotlivých potrubních segmentů až po složité víceprůchodové výměníky tepla. Díky možnosti předem naprogramovat scénáře modelu mohou technici plynule provádět závod definovanými provozními postupy a zkoumat odezvy procesu pomocí inkrementálních změn technického řešení závodu.

I když jsou výhody zkoumání procesu závodu se simulátorem obrovské, značná část hodnoty je realizována při integraci s řídicím systémem. Po dokončení návrhu a testování řídicích prvků může simulátor poskytnout další úroveň vhledu do automatizace procesu. Většina moderních řídicích systémů dokáže simulovat hodnoty, takže základní testování lze provádět na řídicích smyčkách. Simulátor s vysokou věrností však poskytuje realistické odezvy procesu, které je téměř nemožné replikovat s empirickými korelacemi.

Sofistikovaný modelovací software je založen na základních zákonech, čímž poskytuje smysluplný vhled do nesčetných scénářů „co kdyby“. Řídicí prvky budou podrobeny pokročilejšímu testování, které je více sladěno se skutečnou odezvou závodu. To umožňuje technikům identifikovat potenciální problémy včas ve fázi návrhu, dříve než by se jejich náprava stala nákladnou a časově náročnou.

Validace a návrh bezpečnostního systému jsou důležitou součástí při uvádění nových závodů do provozu. Všechny výrobní společnosti se snaží minimalizovat počet bezpečnostních incidentů, k nimž na místě dochází. Bezpečnostní systémy jsou však testovány tak zřídka, že může trvat roky, než bude rozpoznán chybný návrh nebo postup.

Simulátor poskytuje reakce v reálném čase, aby uživatelé mohli kontrolovat a analyzovat bezpečnostní schémata za abnormálních provozních podmínek. Pomocí definovaných provozních scénářů mohou uživatelé provádět závod nejrůznějšími narušeními, jako jsou pulzování kompresoru, události ztráty tlaku / vzplanutí a úplná odstávka závodu. To umožňuje iterativní proces, kdy jsou bezpečnostní systémy neustále testovány a aktualizovány pro zohlednění všech možných výsledků. Jakmile byly navrženy změny, tým HAZOP (analýza rizik a provozuschopnosti) může použít simulátor pro podporu studií a zkoumání integrity plánovaných návrhů. 

Virtuální zprovoznění a spuštění závodu

I když simulátor nemůže pomoci při výstavbě nového závodu, technický personál může během této fáze pokračovat v používání simulátoru, aby zajistil co nejhladší zprovoznění a spuštění závodu. Mnoho součástí závodu, od procesních zařízení přes řídicí prvky až po alarmy, se testuje na plnou funkčnost při prvním spuštění. Během této fáze se odhalí mnoho nepředvídaných problémů, které vyžadují okamžitou pozornost, aby se zabránilo zdlouhavým a nákladným zpožděním.

Problémy vznikající během zprovoznění a spouštění lze řešit mnohem dříve provedením zprovoznění a spuštění ve virtuálním prostředí. Virtuální zprovoznění a spuštění, které zahrnuje všechny klíčové zúčastněné strany, odhalí mnoho nedostatků a umožní jejich včasné a řízené odstranění. Toto virtuální zprovoznění a spuštění dovoluje technikům testovat například detailní postup spouštění, plně otestovat rozhraní distribuovaného řídicího systému (DCS), rozhraní HMI, ověřit potlačení alarmu a vyladit životně důležité řídicí smyčky. Mnoho z těchto činností je často natěsnáno do již tak časově limitovaného rozvrhu spouštění, který ponechává jen velice malý prostor pro chyby. Tato druhá úroveň validace zajišťuje, že výrobní prostředky předané do provozu budou validovány a testovány v prostředí, které odráží skutečnou praxi. 

Provoz závodu, údržba

Tradiční zakázkové simulátory závodů pomáhají školit operátory. Mnoho závodů implementuje programy, které vyžadují, aby zaměstnanci absolvovali rozsáhlé školicí běhy na simulátoru, aby si udrželi požadovanou úroveň vyškolení. Nejlepším postupem je sledovat a zaznamenávat výkony operátorů pultů s využitím tréninkových scénářů pro posouzení plnění klíčových ukazatelů výkonnosti (KPI) definovaných standardy závodu. Vedení společnosti může sledovat výkonnost závodu a efektivitu praktického školicího programu v reálném čase (viz obrázek 2).

Nedávná vylepšení technologií rozšířené reality (AR) a virtuální reality (VR) rozšířila možnosti školení na simulátoru pro provozní operátory. Pracovníci si mohou procvičovat rutinní úkony v bezpečí prostředí virtualizované nebo smíšené reality s instruktory. Praktické školení přináší vyšší bezpečnost a zvýšenou kompetenci pracovníků. Využíváním simulátoru procesu jako digitálního klonu závodu mohou uživatelé zkoumat nové způsoby podpory životního cyklu závodu.

Scott Michel je hlavní specialista produktového marketingu společnosti Honeywell. Upravila Emily Guentherová, zástupkyně obsahového ředitele, Control Engineering, CFE Media, eguenther@cfemedia.com.


Sponzorované odkazy

 
Aktuální vydání
Reklama

Navštivte rovněž

  •   Události  
  •   Katalog  

Události

Technical Computing Camp 2019
2019-09-05 - 2019-09-06
Místo: Hotel Fontána, Brněnská přehrada
Moderní technologie ve farmacii
2019-09-24 - 2019-09-24
Místo: Brno
Moderní technologie v potravinářství
2019-09-25 - 2019-09-25
Místo: Brno
Mezinárodní strojírenský veletrh 2019
2019-10-07 - 2019-10-11
Místo: Výstaviště Brno
MSV TOUR 2019
2019-10-07 - 2019-10-10
Místo: MSV, Brno

Katalog

BALLUFF CZ s.r.o.
BALLUFF CZ s.r.o.
Pelušková 1400
19800 Praha
tel. 724697790

EWWH, s. r. o.
EWWH, s. r. o.
Hornoměcholupská 68
102 00 Praha 10
tel. 734 823 339

B+R automatizace, spol. s r.o.
B+R automatizace, spol. s r.o.
Stránského 39
616 00 Brno
tel. +420 541 4203 -11

Schneider Electric CZ, s. r. o.
Schneider Electric CZ, s. r. o.
U Trezorky 921/2
158 00 Praha 5
tel. 00420737266673

COGNEX
COGNEX
Emmy-Noether-Str. 11
76131 Karlsruhe
tel. 720 981 181

všechny firmy
Reklama


Tematické newslettery




Anketa


Na internetu
V tištěných médiích
Na veletrzích a výstavách
Jinde

O nás   |   Reklama   |   Mapa stránek   |   Kontakt   |   Užitečné odkazy   |   Bezplatné zasílání   |   RSS   |   
Copyright © 2007-2019 Trade Media International s. r. o.
Navštivte naše další stránky
Trade Media International s. r. o. Trade Media International s. r. o. - Remote Marketing Továrna - vše o průmyslu Control Engineering Česko Řízení a údržba průmyslového podniku Inteligentní budovy Almanach produkce – katalog firem a produktů pro průmysl Konference TMI