Im Mittelpunkt des Steuerungssystemdesigns stehen Standards, Standards und Standards

Obwohl die Best Practices für jedes Steuerungssystem im Kern darin bestehen, einen standardisierten Ansatz zur Konfiguration der Anwendungssoftware zu verfolgen, ist die Herausforderung, ein System von Grund auf zu entwerfen, zugegebenermaßen eine gewaltige Aufgabe.

Wie ein berühmtes Sprichwort sagt, sind die drei wichtigsten Faktoren beim Immobilienverkauf Lage, Lage und Lage. Für verteilte Steuerungssysteme (DCS), die in vielen Branchen zur Steuerung anspruchsvoller Prozesse eingesetzt werden, lässt sich das Äquivalent genauso gut mit „Standards, Standards und Standards“ zusammenfassen. Ein DCS-System dient als Drehscheibe für den Betrieb eines Verarbeiters und steuert und überwacht Schlüsselvariablen wie Durchfluss, angewandte Temperaturen, Druck, Füllstand und Materialförderung/-handhabung. Das HMI des DCS sammelt alle Daten der Produktionsanlagen und stellt sie dem Bediener auf eine stark „menschliche“ Weise dar. Dennoch gibt es unzählige Variablen im Zusammenhang mit der Art der Ausrüstung, dem verarbeiteten Material, den Aktionen des Bedieners und dem Steuerungssystem. Das DCS muss daher so ausgelegt sein, dass es sowohl mit häufigen, zu erwartenden Störungen als auch mit unerwarteten Anomalien auf vorhersehbare Weise umgehen kann. Leider ist das Entwerfen einer DCS-Anwendung von Grund auf so, als würde man auf ein leeres Blatt Papier starren. es kann auf fast jede erdenkliche Weise konfiguriert werden. Dabei handelt es sich um ein zweischneidiges Schwert, das bei sorgfältiger Ausführung zu einem robusten System führen kann, das eine präzise und vorhersehbare Steuerung liefert. Bei schlechter Ausführung kann es jedoch zu Produktverlusten, Prozessunterbrechungen und sogar Sicherheitsproblemen kommen.

Jede Anwendungskonfiguration sollte mit einer klar definierten Designphilosophie beginnen. Die meisten DCS-Anwendungen werden von Ingenieurteams erstellt und gewartet, daher sollten sie alle in die gleiche Richtung gehen. Die besten Ergebnisse können nur erzielt werden, wenn alle an der gesamten Prozesssteuerungsanwendung beteiligten Personen dieselben Best Practices und Techniken anwenden. Ist dies nicht der Fall, führt dies zu unbeabsichtigten Prozessfehlern und einem schwer wartbaren System. Jeder an der Anwendung beteiligte Ingenieur sollte bestrebt sein, seine Logik auf die gleiche Weise zu schreiben. Die verwendeten Standardpraktiken sollten gut dokumentiert und allen für das Kontrollsystem Verantwortlichen vermittelt werden. Tatsächlich wäre es ein angemessener Hinweis auf eine gut konzipierte DCS-Anwendung, wenn Steuerungssystemingenieure den spezifischen Programmierer nicht anhand der Programmlogik oder der Beobachtung ihrer Ausführung identifizieren können. Ein spezifischer Bereich des DCS-Designs, der den Nutzen einer etablierten, gemeinsamen Philosophie verdeutlicht, ist das Alarmmanagement. In der Prozessautomatisierung wird ein Alarm als akustisches und/oder sichtbares Mittel definiert, um dem Bediener eine Gerätestörung, eine Prozessabweichung oder einen abnormalen Zustand anzuzeigen, der eine Reaktion des Bedieners erfordert. Schlecht konzipierte und gewartete Alarmmanagementsysteme können die Bediener unter normalen Bedingungen mit klappernden und störenden Alarmen überfordern und beim Auftreten anormaler Zustände zu lähmenden Alarmfluten führen. Wenn dies geschieht, kann es für Bediener schwierig sein, die kritischsten Alarme zu erkennen und darauf zu reagieren, was zu ungewöhnlichen Situationen, Produktionsausfällen und sogar schweren Unfällen führen kann. Kürzlich haben Organisationen wie ANSI (American National Standards Institute) und ISA (International Society of Automation) aktualisierte Richtlinien zum Alarmmanagement veröffentlicht. Der ANSI/ISA 18.2-Standard befasst sich mit dem gesamten Lebenszyklus des Alarmmanagements vom Entwurf und der Konfiguration bis hin zur Leistungsüberwachung, Prüfung und Durchsetzung für die gesamte Lebensdauer der Steuerungsanwendung. Im Wesentlichen hat das ISA-Komitee entschieden, dass ein Alarm nur dann verwendet werden sollte, wenn eine Reaktion eines Bedieners erforderlich ist, und das ist wahrscheinlich der wichtigste Verstoß, gegen den die meisten Verarbeitungsbetriebe verstoßen. Sie verwenden Alarme für alle Arten von Benachrichtigungen, Warnungen und Erinnerungen. Führende Prozessautomatisierungsunternehmen haben einen stärker auf Standards basierenden Ansatz in die Anwendungsentwicklung integriert und sich auf die Unterscheidung von Alarmen, die sofortige Aufmerksamkeit erfordern, von weniger dringenden Benachrichtigungen, Warnungen und Nachrichten konzentriert. Beispielsweise ist das Valmet D3 DCS so konzipiert, dass es die in ISA-18.2 dargelegten Anforderungen erfüllt oder übertrifft, wenn auch mit leicht unterschiedlicher Terminologie. Dazu gehören die Begrenzung von Alarmen, die Unterstützung der Alarmpriorisierung, Alarme nach Klassifizierung und die Ermöglichung eines dynamischen Alarmmanagements.

Um die Überwachung und Steuerung durch den Bediener zu erleichtern, nutzt das DCS Human Machine Interfaces (HMI) für einen visuellen Überblick über Prozesssysteme und zur Überwachung kritischer Status- und Steuerungsinformationen. Die DCS-Schnittstelle soll Prozessinformationen in Echtzeit in einem vollständig kundenorientierten grafischen HMI anzeigen. Da die Standardisierung im Vordergrund steht, wurden in leistungsstarken HMI-Layouts auch scheinbar unbedeutende Details bei der Gestaltung der Informationsdarstellung berücksichtigt. Beispiele hierfür sind einheitliche Alarmbenachrichtigungsterminologie und -phrasierung, Position auf dem Bildschirm und Farbcodierung. Eine richtig gestaltete grafische Benutzeroberfläche verbessert das Situationsbewusstsein, reduziert die Arbeitsbelastung und ermöglicht es dem Bediener, den gesamten Prozess auf einen Blick zu sehen, sodass er sich auf die Behebung ungewöhnlicher Situationen konzentrieren kann. Obwohl die Best Practices für jedes Steuerungssystem im Kern darin bestehen, einen standardisierten Ansatz zur Konfiguration der Anwendungssoftware zu verfolgen, ist die Herausforderung, ein System von Grund auf zu entwerfen, zugegebenermaßen eine gewaltige Aufgabe. Letztendlich ist jedoch klar, dass ein richtig konzipiertes DCS eine robuste und vorhersehbare Steuerung mit ständiger Überwachung der Prozessbedingungen, klarer und präziser Kommunikation mit Bedienern und intelligentem Alarmmanagement liefern kann, solange wir die drei wichtigsten Faktoren im Auge behalten – es dreht sich alles um Standards, Standards und Standards. Bilder mit freundlicher Genehmigung von Valmet.

Robert M. Ard ist Leiter der Anwendungstechnik bei Valmet, einem weltweit führenden Entwickler und Anbieter von Prozesstechnologien, Automatisierung und Dienstleistungen für die Zellstoff-, Papier-, Energie-, Schifffahrts- und andere Prozessindustrien. Ard schreibt einen umfassenden Leitfaden zum Design von Steuerungssystemen, um Prozessoren bei diesem Unterfangen zu unterstützen, mit dem vorläufigen Titel „How to D3“. Das Buch wird voraussichtlich im vierten Quartal 2023 veröffentlicht.

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