Aktuell nutzen die meisten petrochemischen Produktionsanlagen Prozessleitsysteme (DCS) zur Steuerung und erzielen damit gute Ergebnisse. Generell ist der Anwendungsgrad von DCS jedoch noch gering, und seine technologischen Vorteile werden nicht voll ausgeschöpft. Experten schätzen, dass die aktuelle Anwendungsquote von DCS in chinesischen Unternehmen im Allgemeinen unter 30 % liegt. Dies deutet auf ein erhebliches Defizit in der DCS-Anwendung hin. Basierend auf Erfahrungen aus der Ingenieurausbildung und praktischen Problemen bei der DCS-Anwendung im Ingenieurwesen bietet dieser Artikel eine kurze Analyse und entsprechende Lösungsansätze. Ziel ist es, eine tiefere Anwendung von DCS zu fördern und Unternehmen mit geringeren Investitionen höhere Vorteile zu ermöglichen. Analyse der Schwächen in der DCS-Anwendung: Niedriges Niveau des DCS-Anwendungsdesigns und zu rudimentäres Design. Entwickler sind oft nicht mit DCS vertraut, und ihre Systemplanung beschränkt sich auf den Austausch sekundärer Tabellen. Daher ist es schwierig, die Vorteile fortschrittlicher DCS-Technologie zu nutzen. Gleichzeitig führt das rudimentäre Design zu erheblicher Verschwendung von Ressourcen und erhöhtem Wartungsaufwand. Die folgende Analyse verwendet Beispiele. (1) Das Design des Steuerungssystems nutzt die technischen Vorteile von DCS nicht voll aus. DCS bietet leistungsstarke Rechen- und Steuerungsfunktionen. Beispielsweise stellt das TDC3000-System über ein Dutzend Algorithmen wie Durchflussakkumulation und Temperatur- und Druckkompensation sowie über ein Dutzend Steuerungsfunktionen wie PID- und Verhältnisregelung bereit. Die Steuerungssprache/das Modul für fortgeschrittene Verarbeitung CL/APM (bzw. Steuerungssprache/Hochleistungsmodul CL/HPM) ermöglicht eine einfache Implementierung komplexerer Rechen-, Logik- und anderer Funktionen. Das Anwendungsmodul AM schafft die Voraussetzungen für fortgeschrittene Steuerungsstrategien. Leider werden diese Hardwarekomponenten selten genutzt. Die meisten Anwender verwenden sie lediglich als Dekoration. Hauptgrund hierfür ist, dass die Entwickler bei der Konstruktion nicht genügend Sorgfalt walten ließen oder deren Konstruktionsniveau zu niedrig war. Beispielsweise wurde für die Bereichsregelung eines bestimmten Geräts im Entwurf nur ein AO-Punkt vorgesehen, sodass die Bereichsregelung im DCS einer Ein-Loop-Regelung entspricht. Offensichtlich kann diese Bereichsregelung vor Ort nur mit den Stellungsreglern zweier Bereichsregelventile realisiert werden, wodurch die technischen Vorteile des DCS nicht voll ausgeschöpft werden. Das in Abbildung 2 dargestellte Design nutzt die technischen Vorteile von DCS voll aus und ist dem vorherigen deutlich überlegen. ① Die eigentliche Bereichsaufteilung wird von zwei AO-Punkten realisiert. Dies ist genauer und einfacher umzusetzen als die Bereichsaufteilung vor Ort. ② Die manuelle Justierung jedes Regelventils ist unter bestimmten Umständen möglich, und eine störungsfreie Wiederherstellung ist gewährleistet. ③ Wird ein Regelventil manuell justiert, kann das andere weiterhin im Automatikbetrieb arbeiten. Daher erweitert dieses Schema die Funktionalität der herkömmlichen Bereichsaufteilung und erhöht die Flexibilität im Betrieb erheblich. (2) Die Hardwareauswahl ist willkürlicher. Eine unstrukturierte Planung führt zu unnötigen Kosten und erhöhtem Wartungsaufwand. Dies ist hauptsächlich auf mangelndes Verständnis von DCS während der Planungsphase zurückzuführen. Beispielsweise wurden bei der Auswahl von E/A-Karten für das TDC-3000-System ausschließlich HLAI-Karten zur Erfassung analoger Signale verwendet. Alle Signale, die nicht im 4-20-mA-Bereich liegen, wurden zunächst in 4-20-mA-Signale umgewandelt und anschließend an die I/O-Karte (HLAI) übertragen. Zur Veranschaulichung der Problemanalyse betrachten wir die Temperatursignalerfassung als Beispiel. 4-20-mA-Signale bieten gegenüber Thermoelement- und RTD-Messsignalen (Millivolt, Widerstandswerte) Vorteile wie eine höhere Störfestigkeit. Für kritische Regelkreise ist zudem eine redundante Verarbeitung erforderlich. LLMUX unterstützt jedoch keine Redundanz. Daher ist der Einsatz einer HLAI-Karte für eine geringe Anzahl von Temperaturmesssignalen sinnvoll, für die meisten Messsignale hingegen ineffizient. Eine kurze Analyse folgt: ① Erhöhter Investitionsaufwand: Bei Verwendung einer LLMUX-Karte können Thermoelement- und RTD-Messsignale direkt an die LLMUX-Karte übertragen werden, ohne Zwischenschritte. HLAI kann diese Messsignale jedoch nicht direkt verarbeiten, wodurch zwangsläufig eine Zwischenstufe, d. h. ein Temperaturtransmitter, erforderlich wird und somit der Investitionsaufwand steigt. ② Erhöhter Wartungsaufwand: Je mehr Zwischenglieder vorhanden sind, desto höher ist der Wartungsaufwand. ③ Erhöhte Systemfehler: Je mehr Glieder die Daten durchlaufen, desto größer ist zwangsläufig der Systemfehler. Darüber hinaus gruppieren manche Systeme Detektionssignale ähnlicher Parameter, beispielsweise durch die Konzentration von Durchflusssignalen auf wenige Karten. Diese Karten erfassen keine weiteren Signale. Dies vereinfacht zwar Design und Konfiguration, erschwert aber Verkabelung, Fehlersuche, Debugging und Wartung vor Ort erheblich. Ein besserer Ansatz ist die Auswahl der zu erfassenden Signale anhand ihres physischen Standorts. Die unterschiedlichen Qualifikationsniveaus des Konfigurationspersonals beeinflussen die Konfigurationsqualität. Obwohl Konfigurationspersonal durch Designbeschränkungen eingeschränkt ist, ist es durchaus in der Lage, DCS umfassend anzuwenden. Entscheidend sind die Beherrschung von DCS, das Verständnis des Prozesses sowie eine verantwortungsvolle und ethisch korrekte Haltung. Manche Techniker sind zwar an der DCS-Konfiguration beteiligt, können aber keine Probleme lösen, was auf ein oberflächliches Verständnis der grundlegenden Konfigurationskenntnisse hindeutet. Viele verstehen die konfigurierten Inhalte nicht vollständig, was sich vor allem wie folgt äußert: ① Der Konfiguration der Flussdiagramme wird zu wenig Aufmerksamkeit geschenkt, was zu zu simplen Bildschirmfunktionen und unzureichenden Informationen führt. Am Beispiel der Flussdiagrammkonfiguration des TDC 3000-Systems lässt sich zeigen, dass dieses System Nutzern leistungsstarke Entwicklungsfunktionen bietet. Mit diesen Funktionen können Nutzer alle Standard-Anzeigebildschirme des TDC 3000-Systems erstellen. Daher ist es möglich, bei der Entwicklung von Benutzerflussdiagrammen Flussdiagramme zu erstellen, die mit den Standardbildschirmen des Systems vergleichbar sind. Unzureichende Aufmerksamkeit für die Flussdiagrammkonfiguration und ein begrenztes Verständnis von DCS verhindern jedoch die vollständige Nutzung der Vorteile der DCS-Technologie während der Flussdiagrammkonfiguration. Darüber hinaus bemängeln Nutzer häufig die zu langsame Aufruf- und Aktualisierungsgeschwindigkeit der Flussdiagramme im TDC 3000-System. Dies liegt hauptsächlich an der unzureichenden Tiefe und Detailgenauigkeit der Konfigurationsarbeit der Nutzer. Beispielsweise verstehen Anwender bei der Konfiguration des Katalogpfads der regionalen Datenbank die Suchreihenfolge nicht, und die Erfassungsrate des Flussdiagramms ist nicht korrekt eingestellt. Tatsächlich lassen sich diese Probleme durch ein gründliches Studium der DCS-Technologie leicht beheben. Die Entwicklung von Flussdiagrammen sollte eine einfache Benutzeroberfläche und leistungsstarke Funktionen anstreben, die es den Bedienern ermöglichen, alle Prozesse ausschließlich über das Flussdiagramm zu überwachen. 2. Die Funktionsweise des Steuerungsschemas ist während der Konfiguration unklar; Anwender wissen nicht, wie sie die Funktionen des DCS nutzen können. 3. Häufig werden bestehende Designs einfach kopiert, ohne sie eingehend zu studieren, nach dem Motto „Es funktioniert“. Beispielsweise bietet der TDC 3000 für die einfachste PID-Regelung acht PID-Regelalgorithmen und vier Verstärkungsoptionen. Bei der Konfiguration werden jedoch fast immer der Standardalgorithmus Gleichung A und eine lineare Verstärkung ausgewählt. Dies zeugt von mangelnder Aufmerksamkeit des Konfigurationspersonals für die spezifische Prozessanalyse. Dies deutet auch darauf hin, dass die Standardkonfiguration (d. h. die Übernahme der Standardoptionen) unter Konfigurationspersonal weit verbreitet ist. Kontrollpunkte gewährleisten Sicherheit bei Regelkreisfehlern, wie z. B. Ausfällen von Feldtransmittern oder Leitungsbrüchen, beispielsweise durch Halten, vollständig geöffnet, vollständig geschlossen oder durch Ausgabe eines Sicherheitswertes am Steuerausgang. Sie ermöglichen Alarmeinstellungen für anormale Prozessänderungen und begrenzen geringfügige Schwankungen des Steuerausgangs. Dadurch werden starke Schwankungen des Regelventils in einer Position vermieden, die Regelqualität verbessert und die Lebensdauer des Regelventils verlängert. All diese Funktionen, die mit herkömmlichen Tabellen nicht realisierbar sind, lassen sich in einem Prozessleitsystem (DCS) problemlos umsetzen. Meiner Erfahrung nach werden diese hervorragenden Funktionen in der Praxis jedoch selten angewendet. Ein niedriges Managementniveau und ein schwaches Verantwortungsbewusstsein tragen dazu bei. Anwenderseitige Manager kennen sich oft nur wenig mit DCS aus und benötigen lediglich die grundlegendsten Überwachungs- und Steuerungsfunktionen. Dies schränkt das volle Potenzial von DCS objektiv ein. Meiner langjährigen Erfahrung nach sind die DCS-Verantwortlichen auf Anwenderseite hauptsächlich die Leiter der Prozesswerkstatt, wobei die zuständige Person für jede Einheit unterschiedlich ist. Aufgrund der fachlichen Defizite und des mangelnden Verständnisses von DCS (Distributed Control System) bei den Führungskräften entsteht leicht folgende Situation: Der DCS-Supervisor verfügt über begrenzte DCS-Kenntnisse, kann keine konstruktiven Vorschläge machen und folgt den Anweisungen des Konfigurationspersonals, da ihm ein Kontrollmechanismus fehlt. Bis die Bereichsleiter DCS verstehen, ist es fast Zeit für die Inbetriebnahme, und weitere Konfigurationsanpassungen sind nicht mehr möglich. Darüber hinaus führt das Fehlen von Industriestandards in Verbindung mit niedrigen Entwicklungskosten und geringen Gehältern für Entwicklungspersonal zu subjektiver Nachlässigkeit, was die volle Nutzung von DCS negativ beeinflusst. Das generell niedrige Qualifikationsniveau der Bediener ist ein erhebliches Problem des eingeführten DCS. Aufgrund begrenzter Ausbildung fehlt den Bedienern oft ein umfassendes Verständnis der Systemfunktionen, was zu einem weit verbreiteten niedrigen Qualifikationsniveau führt. Bediener beherrschen typischerweise nur wenige häufig verwendete Funktionen, wie den Hauptbildschirm und den Ablaufdiagrammbildschirm, während nur wenige andere leistungsstarke Betriebs- und Managementfunktionen, wie Systembildschirme, Konsolenstatusbildschirme und Systemmenüs, beherrschen. Dies schränkt die volle Ausschöpfung der Vorteile der DCS-Technologie stark ein. Das Qualifikationsniveau der Bediener trägt ebenfalls zur Schwierigkeit des Systembetriebs bei und erschwert die Optimierung zusätzlich. Ein weiterer wichtiger Grund für das begrenzte Qualifikationsniveau im DCS-Betrieb liegt in der Wahrnehmung. Die traditionelle Sichtweise priorisiert Stabilität gegenüber Optimierung und konzentriert sich auf die reine Produktionsrealisierung, was die Bediener in ihrer Vorgehensweise beharren lässt. Beispielsweise werden die PID-Parameter vieler PID-Regelkreise nach der Inbetriebnahme selten optimiert, obwohl diese Parameter größtenteils auf Erfahrungswerten basieren. Erfahrungswerte stellen bekanntlich lediglich einen Bereich dar; es genügt, innerhalb dieses Bereichs Daten zu erfassen und steuerbare Werte zu finden, was eindeutig ein gewisses Maß an Glück beinhaltet. Als Implementierer von DCS-Anwendungen spielen die Bediener eine entscheidende Rolle bei der Implementierung der DCS-Steuerung. Die Verbesserung ihrer technischen Fähigkeiten und die Einführung eines Wettbewerbsmechanismus sind wichtige Wege, um die Vorteile der DCS-Technologie voll auszuschöpfen und ihr Potenzial für Effizienzsteigerungen zu nutzen. Mangelnde Zusammenarbeit zwischen Messtechnikpersonal und Prozessbedienern ist ein häufiges Problem in verschiedenen Anlagen. Die Bediener verlassen sich zu stark auf das Messtechnikpersonal, und die Regel, dass Messtechnikpersonal normalerweise keinen Zutritt zum Kontrollraum hat, schränkt ihr tieferes Verständnis des DCS ein. Ein Bediener könnte beispielsweise eine Kaskaden-Gleichverteilungsregelung (formal identisch mit einer regulären Kaskadenregelung) als reguläre Kaskadenregelung behandeln und die PID-Parameter entsprechend einstellen, was zu vorhersehbaren Ausfällen führt. Würden Bediener eng mit Messtechnikern zusammenarbeiten, könnten die Techniker zwischen Kaskaden-Gleichverteilungsregelung und regulärer Kaskadenregelung unterscheiden und den Bedienern somit Hinweise zur Parametereinstellung geben. Daher hat die derzeitige Regel, dass Messtechnikpersonal normalerweise keinen Zutritt zum Kontrollraum hat, sowohl Vor- als auch Nachteile. Würde man Messtechnikpersonal die Teilnahme an der täglichen Arbeit der Bediener ermöglichen, käme dies der beruflichen Weiterentwicklung beider Gruppen sehr zugute. Die Kosten für Systemmodernisierungen haben sich nicht im entsprechenden Umfang rentiert. Systemmodernisierungen dienen im Wesentlichen zwei Zwecken: Entweder werden sie durchgeführt, um Mängel des ursprünglichen Systems zu beheben, wodurch die Kosten gering oder sogar kostenlos sein sollten, oder sie erfolgen aufgrund technologischer Innovationen und sind daher kostspielig. Generell führt die Modernisierung von Systemhardware und -software zwangsläufig zu technologischem Fortschritt und Innovation. Nachdem wir jedoch viel Geld für Upgrades ausgegeben haben, übertragen wir die zuvor laufende Konfigurationssoftware meist einfach auf das aktualisierte System. Die durch das Upgrade erzielten Vorteile in Bezug auf Kontrolle und Management bleiben somit aus. Daher haben solche Upgrades den erwarteten Nutzen aus den hohen Ausgaben nicht erbracht. Methoden und Gegenmaßnahmen zur Erschließung des Potenzials von DCS. Zusammenfassend ist der Autor der Ansicht, dass entsprechende Strategien formuliert werden können, die sowohl für die aktuelle Potenzialerschließung als auch für die zukünftige Einführung neuer Technologien von Vorteil sind. (1) Stärkung der Designkompetenz und Verbesserung des Designniveaus. Derzeit beginnen die meisten Entwickler ihre Tätigkeit im Designbereich direkt nach dem Studium und verfügen über wenig Praxiserfahrung. Dies führt dazu, dass sie sich an den „Klassikern“ ihrer Vorgänger orientieren müssen, was zu einer stärkeren Übernahme und weniger Weiterentwicklung führt und das DCS-Design dem Design konventioneller Instrumente ähnelt. Daher ist praktische Erfahrung vor der eigentlichen Entwicklung ein wichtiger Schritt zur Verbesserung des Designniveaus. Zusätzlich kann eine Spezialisierung im DCS-Design in Betracht gezogen werden. Üblicherweise lernt derjenige, der den Designauftrag erhält, zunächst das System kennen und entwickelt es erst danach. Wird die DCS-Entwicklung an jemanden übergeben, der bereits mit dem System vertraut ist, kann nicht nur die Qualität der Entwicklung sichergestellt, sondern auch der Schulungsaufwand und andere Kosten reduziert werden. Bei bestehenden Systemen führen bereits kleine Verbesserungen zu erheblichen Einsparungen hinsichtlich Potenzial und Effizienz. (2) Die beste Methode zur Verbesserung der Systemkonfiguration ist die Bildung eines spezialisierten Teams für die Anwendung und Förderung des DCS. Die Vorteile: Spezialisierung sichert die Qualität, reduziert den Schulungsaufwand und gewährleistet die Einhaltung des Projektzeitplans, beugt der unkontrollierten Ausweitung mehrerer Systeme vor und erleichtert die einheitliche Verwaltung des DCS sowie die zukünftige Entwicklung des CIMS-Systems. (3) Das Anwendermanagement kann ähnlich wie bei der Einstellung von „Supervisoren“ erfolgen. Die verantwortliche Person übernimmt die Leitung des Geräts. Anpassungen können während der DCS-Konfiguration vorgenommen werden. (4) Die Bediener müssen sowohl die Prozess- als auch die Systembedienung beherrschen. Neben Prozesskenntnissen sind auch Kenntnisse der entsprechenden Instrumentierung und Steuerungstechnik erforderlich. Dies kann durch zwei Ansätze erreicht werden: ① Verbesserung der Bedienerschulung; ② Förderung der Zusammenarbeit zwischen Bedienern und besonders qualifizierten Instrumententechnikern, um den Wissensaustausch und die Integration ihrer jeweiligen Wissensstrukturen zu verbessern und so die Gesamtqualität beider Gruppen zu steigern. (5) Systemaktualisierungen sollten sorgfältig durchgeführt werden, und es sollten Anstrengungen unternommen werden, um deren Nutzen sicherzustellen.