Simatic PCS 7 V8.0 Knihovna bloků APL Metody pokročilého řízení APC Jan Kváč Siemens, s.r.o. jan.kvac@siemens.com tel: 2 3303 2462
Obecné vlastnosti knihovny APL funkcí Obecně: Knihovna CFC bloků a OS faceplatů používaná v PCS 7 od V7.1 Náhrada standardní knihovny a specifických průmyslových knihoven Rozšiřuje funkce standardní knihovny např. o nové provozní módy z místa a mimo provoz Obsahuje bloky pro pohony, ventily, regulace, blokace, monitorování, zásahy oper. atd. Flexibilita - nastavení chování bloku pomocí parametru Feature Faceplate zobrazí pouze relevantní informace, skrývá nepoužité funkce
Náhrada standardní knihovny Obě knihovny lze kombinovat v rámci jednoho projektu Ve V8.0 je stále standardní knihovna k dispozici
Advanced Process Library - APL Rozdělení bloků v knihovně Organizace do kategorií Drivery Přenos signálu (sběrnice, PCS 7 a univerzální) Regulace Regulační funkce včetně doplňkových bloků pro speciální regulační úlohy Konverze Sloučení či rozdělení signálu a stavu Čítače Čítače nebo totalizéry průtoku Dávkování Dávkovací funkce Pohony Pohony a ventily Blokace Blokovací funkce Analogová logika Logika s analogovými signály Digitální logika Logika s digitálními signály Údržba Uživatelské funkce údržby a diagnostiky Matematika Matematické operace Monitorování Monitorování analogové a binární procesní hodnoty Zadání analogové a binární procesní hodnoty Generátory Generátor signálu Dvě verze bloků Large např MonAnL standardní bloky, všechny funkce Report Vytvoření hlášení Small např MonAnS tam, kde chceme uspořit paměť v CPU
Advanced Process Library - APL Status Signálu (ST) Kanálový driver blok Procesní hodnota jako struktura Použití strukturovaných proměnných Procesní hodnota se stavem signálu ( 80H, 60H, 00H, 28H, 68H, 78H, A4H) Stavy odpovídající PA profilu PROFIBUS & PROFINET international hodnota ok nebo neznámý hodnota špatná nebo nepoužitelná hodnota špatná vztaženo k procesu hodnota nejistá hodnoty nejistá vztaženo k procesu hodnota simulovaná hodnota požadavek na údržbu
Advanced Process Library - APL Funkce ve faceplate Alarmy Status a údržba Přepínání pohledů Reprezentace hodnoty / stavu Povely / módy Další informace Procesní oblast Skok na jiný faceplate Doplňkové proměnné Více informací, lepší ergonomie ovládání, lepší navigace v porovnání se standardní knihovnou
Advanced Process Library - APL Přepínání pohledů faceplate Volba pohledu faceplate
Advanced Process Library - APL Změna okna faceplatu Kliknutí levým tlačítkem změní pohled Kliknutí pravým tlačítkem otevře nové okno +
Advanced Process Library - APL Filosofie ovládání vyvolání faceplate Kliknutí pravým tlačítkem na ikonu bloku ikona bloku Kliknutí levým tlačítkem na ikonu bloku Kliknutí pravým tlačítkem na volbu módu
Advanced Process Library - APL Filosofie ovládání - navigace mezi faceplaty První došlá Motor blokován Navigace na další faceplate v řetězci Faceplate interloku Operátor může rychle přistupovat k dalším objektům
Advanced Process Library - APL Zobrazení informací ve faceplate Zobrazí se pouze relevantní informace př. Tlačítko blokace se ve faceplate objeví pouze pokud je napojený vstup v Interlock CFC Zobrazení doplňkové proměnné
Advanced Process Library - APL Novinky ve verzi 8.0 APL Vylepšení vzhled (jasnější přehled s novými faceplaty) APL výkon (v AS a OS) "PO neutrální" bloky (nové počítání PO, satelitní moduly") Nové APL moduly Integrace různých kompaktních měničů & spínačů/starterů Rozšířené operátorské oprávnění na OS (instančně specifické; dyn. už. práv) Advanced Process Control (rozšířené MPC) Status digitálních řídicích výstupů (bezpečná informace o stavu ventilu/motoru) APL Vylepšení inženýring (simulace, propojitelné limity) Jazyky (online nápověda CN, JP příručka oper. CN, FR, ES) APL správa šablon (pro AdvES) APL Add-Ons (průmyslová knihovna, monitorování kondice)
SIMATIC PCS 7 Version 8.0 APL novinky Vylepšená použitelnost operátorská stanice Funkce: Nové, menší ikony bloků Dynamicky rotující symboly Komentáře bloku jako text tool tipu Změna barvy aktivního hlášení Rozdělený stavový displej Optimalizace symbolů z hlediska paměti /runtime Přínosy: Více objektů na jedné obrazovce zlepšení přehlednosti Menší počet symbolů Redukce / soustředení se na důležité Zvýšená flexibilita rozložení obrazovky V4711 main valve
SIMATIC PCS 7 Verze 8.0 Novinky v APL OS využitelnost srovnání: OS obrazovky s APL V7.1 vs. APC V8.0 předtím: PCS 7 s APL V7.1 potom : PCS 7 s APL V8.0 Regulace Ventil
SIMATIC PCS 7 Verze 8.0 Novinky v APL OS využitelnost srovnání: OS obrazovky s APL V7.1 vs. APC V8.0 předtím: PCS 7 s APL V7.1 potom: PCS 7 s APL V8.0 Měření Motor
SIMATIC PCS 7 Verze 8.0 Novinky v APL OS využitelnost Optimalizace faceplatů Funkce: Upravený design Zobrazení aktivního času zpoždění (např. varovací čas, restart interloku, atd.) Limity na sloupcovém grafu Zobrazení archivních hodnot v zobrazení trendu Aktivní meze gradientu Časová základna pro rampu gradientů Přínosy: Jednušší a přehlednější Soustředění se na důležité
SIMATIC PCS 7 Verze 8.0 Novinky v APL OS využitelnost inženýring Funkce: Vylepšená a rozšířená simulace - Kompletní simulace s externím ovládáním - Centrálnmí specifikace simulované hodnoty z externího zdroje (např. pro kompletní jednotku) - Skutečná hodnota v zobrazení preview Propojitelné hodnoty mezí (např. pro batch) Pojmenování tlačítka pro skok na faceplate v CFC Skrytí gradientů u analogového měření Přínosy: Flexibilnější a rychlejší uvedení do provozu Redukce zátěže pro operátora (prevence alarmů které nejsou důležité)
SIMATIC PCS 7 Verze 8.0 Novinky v APL Nové kanálové a diagnostické Funkce: Integrace jakékoliv motorové ochrany nebo startéru (např. SIMOCODE pro) SIMOCODE pro Integrace jakéhokoliv kompaktního měniče (např. SINAMICS, Micromaster) Všechny pohony jsou integrovány do APL, včetně CFC šablony (dle standardního rámce ProfiDrive) Čítačové karty v ET200M, ET200iSP + ET200S (FM350 lze použít i jako průtokoměr) SINAMICS 3rd party MCC (ProfiDrive) Diagnostický blok včetně podpory Profinetu (pro všechny uvolněné Profinet komponenty v PCS 7) Přínosy: Standardní integrace APL bloků bez dalších knihoven / žádné další licence nejsou potřeba Okamžitě k dispozici pro PCS 7 V8.0 Rychlá a jednoduchá konfigurace a uvedení do provozu
Informace, manuály a školení k APL APL e-learning web školení, vysvětlení funkcí, módů, programování s APL Manuál knihovny APL Manuál tvorba vlastních APL bloků Příručka operátora APL bloků
Metody pokročilého řízení APC
Obecné vlastnosti knihovny APC funkcí Obecně Knihovna CFC bloků a OS faceplatů a nástrojů pro optimalizaci regulací a řízení Je součástí knihovny APL a není třeba ji dokupovat Bloky pro sledování kvality regulace, pokročilé regulátory založené na modelu, poměrový regulátor, regulátor s přepínáním sad parametrů... Nastavení všech regulací pomocí průvodců Standardní PID regulace není ve složitějších procesech dostatečná, a je třeba využít pokročilejších metod řízení
K čemu APC? Analýza výkonnosti regulačních smyček v typickém podniku otevřená smyčka 16% perfektní pouze1/3 reg. smyček v provozu má dobrý výkon! 36% 16% akceptovatelný 10% 22% 2/3 reg. smyček v provozu má prostor pro zlepšení nebo vyžadují urgentní zásah! slabý dobrý Zdroj: Control Engineering květen 2008
Funkce Advanced Process Control Rozdělení APC funkcí Správa kvality regulace Monitorování řídicích smyček: Stochastická a deterministická data (CPM) Optimalizace regulací (PID-Tuning) Rozšíření pro PID regulace Kaskádová regulace Selektorová regulace (několik regulátorů přistupují k jednomu akčnímu členu) Smith-Predictor (pro procesy s velkými časy necitlivosti) Gain Scheduling (Kontinuální adaptace parametrů regulátoru) Řízení více proměnných / Řízení založené na modelu (MPC) Základní prediktivní regulátor Rozsáhlé MPC: Prediktivní regulace s online-optimalizací Add on INCA (ipcos), DMC+ (AspenTech)
Nástroje APC v SIMATIC PCS 7 MPC Interfaced Embedded Smith Predictor Override Control PID Tuning Control Performance Monitoring Lead-Lag Feed-Forward Control MPC 4x4 Gain Scheduling INCA Softsensor Presto Softsensor SIMULATION NeuroSystems SIMIT Fuzzy Control Adaptive Contr. FuzzyControl++ ADCO SIMULATION PID Tuning SIMBApro RaPID PID Tuner PCS 7 Standard PCS 7 Add-Ons
PID tuner Optimalizace a ladění standardních PID smyček Využitelné u standardních PCS 7 PID řídicích modulů a také v uživatelsky vytvořených blocích Simulace uzavřených regulačních smyček
Control performance Monitoring Online sledování výkonu regulace Upozorní na regulační smyčky, které a) nejsou optimální (typicky první krok před použitím APC) b) ve kterých jsou chyby Konfigurovatelné meze alarmů pro rychlou identifikaci problémů s odchylkou nebo překmitem Vizualizace s faceplate
Přepínání parametrů regulátoru Gain scheduling Vhodný pro nelineární procesy 3 kompletní sady parametrů pro 3 provozní módy Příklady aplikací: řízení ph s nelineární titrační křivkou, řízení teplot v kotlech
Selektorová regulace Dva nebo více PID regulátorů sdílejí jeden koncový akční člen Rozhodnutí, který regulátor má přístup ke koncovému akčnímu členu je dáno stavem procesu Příklady aplikací: primární regul. vel: regulace průtoku, sekundární regul. vel: omezovač tlaku (kvůli bezpečnosti)
Dynamická kompenzace poruchy Kompenzace měřitelných, velkých rušení, které přímo ovlivňují regulační smyčku Kompenzace se provede před tím, než rušení negativně ovlivní proces Příklady aplikací: Řízení teplot v průmyslových pecích (DV: průtok)
Smidtův prediktor Pro procesy s velkým dopravním zpožděním, které je známé a konstantní Model procesu běží paralelně k reálnému procesu Odhad regulované veličiny PV ovlivněný dopravním zpožděním je zaveden do PID regulátoru Rozdíl mezi aktuální proměnnou a vypočítanou hodnotou je zaveden do PID Návrh PID regulátoru založen na modelu procesu bez dopravního zpoždění Aplikace Polymerizace
MPC prediktivní regulátor založený na modelu Nejvýkonnější APC funkce MV1 Založená na modelu procesu, regulátor může na základě historických dat předvídat kam se bude proces ubírat bez řízení T04 T I PT 100 CV1 T I PT 100 T06 Y101 F I F302 Pro aplikace až do velikosti 4x4 (4 akční veličiny, 4 řízené proměnné, větší jako addon) T03 T I PT 100 T05 T I PT 100 F I F305 DV1 P01 Snadná konfigurace pomocí průvodců Příklady aplikací destilační kolona, výroba papíru T02 T I PT 100 CV2 Y01 MV2 cementová mlýnice T01 T I PT 100 F I F301 LPG odpařovače
Advanced Process Control při optimalizaci řízení mlýmu v South Bavarian Portland Cement Rohrdorf Zákazním: Portland Cement Plant Rohrdorf (50 km od Mnichova) Aplikace: Optimalizace řízní mlýna (MCO) - Mletí v cementárně spotřebuje cca 45% elektrické energie - 4 kulové mlýny celkový mlecí výkon ~270t/h - kulový mlýn L: 11,5m/Ø: 3,8m / P: 2,4 MW / mletí: 60t/h APC: optimalizace zpětnovazební regulace mlýnice s PCS 7 a APC Výsledek: - Optimalizovaný výkon díky jednotnějšímu mletí - Redukce spotřeby energie na tunu cementu - Vyšší životnost mechanických částí technologie - Zvýšení výkonu o 5...8 % - Návrat investice optimalizace mlýnice - 3 měsíce Automatizační řešení: - SIMATIC PCS 7: 10,000 I/O / 6 AS 12 OS klientů / 1 red. OS server / 1 ES - Cementová knihovna CEMAT - Sicement IT MCO (NeuroFuzzy + MPC) - Integrace motorů (MCC, converter) - Integrace pasových vah - Integrace přístrojů přes Profibus PA - Energy mgmt: PowerControl@Industry - Napojení na PDA a z PDA SAP
Více informací o APC Aplikační příklady konfigurace (MPC, PID s dyn. kompenzací poruchy,schmidtův prediktor atd. ) Reference Videa Školení Brožury www.siemens.com/pcs7 Guideline
Průmyslová knihovna
SIMATIC PCS 7 V8.0 Koncept knihoven v SIMATIC PCS 7 Funkce: APL je standardní knihovnou v SIMATIC PCS 7 - PCS 7 standard pro všechna odvětví průmyslu - Technologické funkční bloky - Ovladače (channel bloky) - Ikony bloků & faceplaty - Integrace standardních pohonů - APC v designu a ovládání APL IL je průmyslově specifické rozšíření pro PCS 7 - PCS 7 knihovna pro různá průmyslová odvětví - Spojení všech průmyslových knihoven do jedné(!) - Ikony bloku & faceplaty v designu a ovládání APL - Integrace balených jednotek postavených na S7 - Integrace panelů do PCS 7 Výhody: Kompletace portfolia knihovny tak, aby obsahovala specifické průmyslové funkce PCS 7 knihovny se standardním servisem & podporou a jednotným vzhledem & ovládáním
SIMATIC PCS 7 Version 8.0 APL Add-Ons Průmyslová knihovna Funkce: Snadná integrace balených jednotek s S7 300 (konfigurace v CFC) Vizualizace balených jednotek PCS 7 OS IL S7: APL vzhled & ovládání včetně optimalizace zdrojů PCS 7 HVAC funkce Doplňkové technologické bloky (přepínač agregátu, polygon 8 podpůrných bodů, časový spínač 8 časových intervalů, setpoint senzor ) Komunikace AS na AS H Výhody : Zvýšená úroveň integrace systému Stejný vzhled & ovládání v celém systému a snížení rizika chyby operátora Example for additional technological blocks
SIMATIC PCS 7 Version 8.0 APL Add-Ons Průmyslová knihovna Integrace balených jednotek APL faceplaty IL S7 faceplaty PCS 7 operator station Lokální M&C PCS 7 na dotykovém panelu Vizualizace balných jednotek na PCS 7 OS Lokální M&C balených jednotek na dotykovém panelu IL S7 panel faceplate S7-4xx Touch panel (flexible WinCC) S7-3xx S7-3xx Touch panel (flexible WinCC) APL PCS 7 IL PCS 7 APL panel interface block IL S7 Lib Balená jednotka A IL S7 Lib Balená jednotka B
SIMATIC PCS 7 Version 8.0 APL Add-Ons Průmyslová knihovna Funkce: Podpora ovládání z více míst z panelu: PCS 7 panel (WinCC flexible) Celo-systémová správa uživatelských oprávnění Výhody: Zvýšená úroveň integrace systému Stejný vzhled & ovládání v celém systému a snížení rizika chyby operátora Flexibilita přidělování ovládání
Děkuji za pozornost