Verfahren zur Durchführung einer Anlagenplanungs- und Engineering-Phase

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung einer Anlagenplanungs- und Engineering-Phase, wobei während einer verfahrenstechnischen Anlagenplanung mittels eines Anlagen- planungs-Werkzeugs ein eine zu steuernde technische Anlage repräsentierendes Anlagenmodell erstellt wird. Ferner be ^¬ trifft die Erfindung ein Software-Tool zur Verwirklichung des Verfahrens .

Im verfahrenstechnischen Anlagenbau ist man bestrebt, einer- seits die Planungsphasen zu verkürzen und anderseits die Qua ^¬ lität der Anlage zu steigern. In der Broschüre „COMOS Pro- cess, Höchste Konsistenz in der verfahrenstechnischen Anlagenplanung", welche unter der Internetadresse

http : //www . automation . Siemens . com/salesmaterial- as/brochure/de/brochure_comos-process_de .pdf zugänglich ist, wird ein Software-Tool beschrieben, welches für eine Abbil ^¬ dung des Lebenszyklus einer Anlage vorgesehen ist. Dieser Anlagenlebenszyklus umfasst eine „verfahrenstechnische Anlagen ^¬ planung, ein Distributed Computer System (DCS) -Engineering, eine Konstruktion & Planung und einen Anlagenbetrieb", wobei im Rahmen der verfahrenstechnischen Anlagenplanung beispielsweise eine Anlage oder einzelne Anlagenteile - z. B. eine Kolonne - modelliert, parametriert und durch Simulation eva- luiert und optimiert werden. Die Simulation der Anlage oder der einzelnen Anlagenteile bewerkstelligt ein dazu vorgesehe ^¬ nes Simulations-Werkzeug, z. B. ein von der Anmelderin vertriebenes Simulations-Werkzeug SIMIT (s. z. B. Internetadres ^¬ se http : //www . industry . Siemens . com/verticals/global /de/ chemical-industries/chemisehe-industrie-produkte-Systeme/ Documents/SIMIT_DE .pdf) .

Nach dieser Anlagenplanung bezüglich verfahrenstechnischer Maßnahmen erstellt ein Anwender im Rahmen des Distributed Computer System (DCS) -Engineerings mittels eines auf einem Engineering-System ablauffähigen grafischen Editors, beispielsweise mittels eines grafischen Editors in Form eines so genannten „Continuous Function Chart (CFC) -Editors" , aus vor- gefertigten Bausteinen (Objekten) nach Maßgabe einer zu lösenden Automatisierungsaufgabe eine Automatisierungslösung bzw. ein Anwender- oder Steuerprogramm für ein Automatisierungsgerät. Dazu wählt der Anwender die Bausteine bzw. Ob ^¬ jekte, z. B. einen Regler- oder Zähler-Baustein aus einem verfügbaren Bausteinvorrat aus, platziert die Bausteine z. B. per Drag&Drop in einem Funktionsplan (z. B. CFC-Plan) und verschaltet diese per Mausklick miteinander. Unter dem Begriff „verschalten" wird verstanden, dass z. B. für die Kommunikation zwischen den Bausteinen Werte von einem Ausgang zu einem oder mehreren Eingängen übertragen werden. Nachdem der Anwender alle Funktionen im Funktionsplan erstellt hat, erzeugt das Engineering-System mittels des Automatisierungsge ^¬ rätes lesbare Automatisierungsobjekte, die in dieses Automa ^¬ tisierungsgerät geladen und dort im Rahmen der Steuerung ei- nes technischen Prozesses bzw. zur Lösung der Automatisierungsaufgabe verarbeitet werden.

Es wird darauf hingewiesen, dass unter dem Begriff „Objekte" des grafischen Editors des Engineerings-Systems nicht nur Bausteine eines CFC-Plans zu verstehen sind. Darunter sind beispielsweise auch Schritte und Transitionen eines so ge ^¬ nannten „Sequential Function Chart (SFC)" zu verstehen. Ein SFC ermöglicht eine grafische Projektierung und Inbetrieb ^¬ nahme von Ablaufsteuerungen, die in ein Automatisierungsgerät geladen und dort ausgeführt werden. Diese Ablaufsteuerungen sind für eine zustandsgesteuerte oder ereignisgesteuerte Aus ^¬ führung von Produktionsprozessen auf Basis von Ablaufketten vorgesehen . Die Durchführung des Distributed Computer System (DCS) -Engineerings bzw. der Engineering-Phase erst nach Abschluss der verfahrenstechnischen Anlagenplanung wirkt sich zeitlich nachteilig bezüglich des Übergangs in den Anlagenbetrieb aus, was bedeutet, dass sich der Übergang in den Anlagenbetrieb verzögert .

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, welches die Anlagenpla- nungs- und Engineering-Phase, die Bestandteile des Anlagenle ^¬ benszyklus sind, verkürzt. Darüber hinaus ist ein Software- Tool zur Durchführung des Verfahrens anzugeben. Diese Aufgabe wird im Hinblick auf das Verfahren durch die im Anspruch 1 angegebenen, bezüglich des Software-Tools durch die im Anspruch 3 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Die Erfindung geht von der Idee aus, CFC- oder SFC-Bausteine für das Steuerprogramm möglichst lange unabhängig von einer konkreten Automatisierungs-Hardware zu erstellen und daher zunächst lediglich die relevanten „verfahrenstechnischen" Ein- und Ausgänge dieser Bausteine zu verschalten. Beispiels ^¬ weise sind die Verstärkungsfaktor-Anteile eines so genannten PID-Regler-Bausteins von verfahrenstechnischer Relevanz, wobei ein proportionaler Anteil, ein integraler Anteil und ein differenzieller Anteil in hohem Maße von der Regelstrecke (Baustein „Prozess") , also von dem zu regelnden verfahrens ^¬ technischen Anlagenteil abhängen.

Erst während des DCS-Engineerings im Rahmen der Verwirkli ^¬ chung der „automatisierungstechnischen" CFC- und SFC-Bausteine für eine ausgewählte, konkrete Automatisierungs-Hard ^¬ ware werden deren Spezifika in das Steuerprogramm einbezogen, was bedeutet, dass erst dann die Verschaltungen der automati ^¬ sierungstechnisch-spezifischen Ein- und Ausgänge der CFC- oder SFC-Bausteine bewerkstelligt werden. Beispielsweise sind bei dem genannten PID-Regler insbesondere Signalqualität (Quality-Code) , Übertragungseigenschaft - z. B. die Übertra- gungseigenschaft von einem Automatisierungsgerät zu einer Be ^¬ dien- und Beobachtungsstation - und automatisierungsgerätspe- zifische Parameter an den Baustein-Ein- und/oder Ausgängen (Operations-Bausteinnummern, Zykluszeit) von automatisierungstechnischer Relevanz.

Die im Rahmen der verfahrenstechnischen Anlagenplanung er- zeugten CFC- und/oder SFC-Bausteine - im Folgenden als abstrakte CFC- bzw. SFC-Bausteine bezeichnet - sowie das wäh ^¬ rend dieser Anlagenplanung erstellte Anlagenmodell, welches eine zu steuernde technische Anlage repräsentiert, werden ei ^¬ nem Simulations-Werkzeug zugeführt, das im Wesentlichen zur Verifikation der Planungsdaten (Anlagenmodell) , der verfahrenstechnischen Engineering-Daten (der abstrakten CFC- bzw. SFC-Bausteine) und des simulierten Betriebs der Anlage vorgesehen ist. Dies bedeutet, dass überprüft wird, ob die Planungs-, sowie die Engineering-Ergebnisse (abstrakte CFC- bzw. SFC-Bausteine) und der Betrieb der Anlage den Anforde ^¬ rungen der Anlage entsprechen. Die Kombination aus dem in der Simulation hinterlegten Anlagenmodell und der dort hinterleg ^¬ ten abstrakten CFC- bzw. SFC-Bausteine (CFC- bzw. SFC-Mo- delle) ermöglichen die verfahrenstechnische Simulation der Anlage. Für den Fall, dass die simulierte Anlage den An ^¬ forderungen entspricht, werden die CFC- bzw. SFC-Modelle dem Engineering-System bzw. DCS-Engineering zur Weiterverarbeitung im Hinblick auf automatisierungstechnikspezifi- sche Verschal tungen und/oder Parametrierungen zugeführt. Dadurch, dass das Engineering-System bzw. DCS-Engineering diese CFC- bzw. SFC-Modelle zur Weiterverarbeitung nutzen kann, verkürzt sich die Zeit bzw. Zeitspanne für den Über ^¬ gang vom DCS-Engineering, über Konstruktion & Inbetriebnahme zum Anlagenbetrieb, was eine schnelle „Time-To-Mar- ket" der Anlage ermöglicht. Darüber hinaus bilden die CFC- bzw. SFC-Modelle die Grundlage für ein Operator-Training.

Aufgrund dessen, dass die Simulation auch den verfahrenstechnischen Engineering-Prozess einer Anlage umfasst, können Fehler in diesem Engineering-Prozess frühzeitig erkannt wer ^¬ den. Die Simulationsmodelle aus dem Engineering stehen ebenfalls im Betrieb zur Verfügung und bilden automatisch die Grundlage für OTS (Operator Training System) und Anlagenoptimierung .

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, vor der Verifikation mittels eines grafischen Editors die Verschal- tung der verfahrenstechnisch relevanten Ein- und Ausgänge zu ändern bzw. zu modifizieren. Dadurch kann die Qualität der Anlage verbessert werden, weil die Anlage durch die Simula ^¬ tion des Automatisierungsmodells (der CFC- bzw. SFC-Modelle) bereits vor Inbetriebnahme optimiert werden kann.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht ist, werden im Folgenden die Erfindung, deren Ausgestaltungen sowie Vorteile näher erläutert.

Es zeigen in einer vereinfachten Darstellung

Figur 1 eine Einrichtung zur Durchführung einer An- lagenplanungs- und Engineering-Phase,

Figur 2 eine Kopplung von abstrakten CFC-Bausteinen mit einem Anlagenmodell und,

Figuren 3 und 4 einen Anlagenlebenszyklus.

Die in den Figuren 1 bis 4 dargestellten gleichen Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Es wird zunächst auf Figur 4 verwiesen, in welcher ein an sich bekannter Lebenszyklus einer Anlage dargestellt ist. Dieser Anlagenlebenszyklus umfasst die Phasen „verfahrens ^¬ technische Anlagenplanung 1, Distributed Computer System (DCS ) -Engineering 2, Konstruktion & Planung 3 sowie Anlagenbetrieb 4", wobei ein Software-Tool für eine Abbildung dieses Anlagenlebenszyklus vorgesehen ist. Die verfahrenstechnische Anlagenplanung 1 verwirklicht ein Anlagenplanungs-Werkzeug des Software-Tools, wobei ein Simulations-Werkzeug, welches die Phasen „Prozessentwicklung/Apparatebau 5, DCS-Test (Fac- tory Acceptance Testing) & Virtuelle Inbetriebnahme 6 sowie Operator Training (Operator Training System) mit Anlagenoptimierung 7" umfasst, auf der Grundlage eines Anlagenmodells eine Anlagensimulation bewerkstelligt. Im Rahmen der Prozessentwicklung/Apparatebau 5 wird auf Basis des während dieser verfahrenstechnischen Anlagenplanung 1 erstellten Anlagenmodells der verfahrenstechnische Prozess entwickelt und opti- miert.

Nach dieser verfahrenstechnischen Anlagenplanung 1 erstellt ein Anwender im Rahmen des Distributed Computer System (DCS)- Engineerings 2 in einer an sich bekannten Art und Weise mit ^¬ tels eines auf einem Engineering-System ablauffähigen grafi- sehen CFC- und/oder SFC-Editors einen CFC- und/oder SFC-Plan aus vorgefertigten CFC-und/oder SFC-Bausteinen nach Maßgabe einer zu lösenden Automatisierungsaufgabe eine Automatisie ^¬ rungslösung bzw. ein Steuerprogramm für ein Automatisierungsgerät, wobei gemäß der zu lösenden Automatisierungsaufgabe die Ein- und Ausgänge dieser Bausteine entsprechend verschal ^¬ tet werden.

Um die verfahrenstechnische Anlagenplanungs- und Engineering- Phase 1, 2 zu verkürzen, wird ermöglicht, während der verfah ^¬ renstechnischen Anlagenplanung 1 einen CFC- und/oder SFC-Plan aus vorgefertigten CFC-und/oder SFC-Bausteinen einer Bibliothek zu erstellen. Dazu weist das Anlagenplanungs-Werkzeug ebenfalls einen CFC- und/oder SFC-Editor zum Erstellen des CFC- und/oder SFC-Plans auf, wobei während dieser Phase ein Anwender lediglich die verfahrenstechnisch relevanten Ein- und Ausgänge der Bausteine verschaltet, die - wie erwähnt - als abstrakte CFC- bzw. SFC-Bausteine bezeichnet werden. Die ^¬ se abstrakten Bausteine werden zusätzlich zum Anlagenmodell dem Simulations-Werkzeug zugeführt bzw. übermittelt, wodurch das Simulations-Werkzeug sowohl auf die verfahrenstechnisch verschalteten abstrakten CFC- bzw. SFC-Bausteine, welche eine verfahrenstechnische Automatisierung repräsentieren, als auch auf das Anlagenmodell zugreifen kann. Im Folgenden wird auf Figur 1 verwiesen, in welcher in einer vereinfachten Darstellung eine Einrichtung zur Durchführung einer Anlagenplanung- und Engineering-Phase gezeigt ist. Ein Anwender erstellt mittels eines Anlagenplanungs-Werkzeugs im Rahmen einer verfahrenstechnischen Anlagenplanung 8 einen CFC-Plan, der verfahrenstechnisch verschaltete abstrakte CFC- Bausteine 9 umfasst. Der Einfachheit halber wird im Folgenden unter einem CFC-Plan auch ein SFC-Plan und unter CFC-Baustei- nen auch SFC-Bausteine verstanden. Im Rahmen der verfahrenstechnischen Anlagenplanung 8 erstellt bzw. ergänzt der Anwender mittels eines Rohrleitungs- und Instrumenten-Werkzeugs 10 (Piping & Instrumentation - P&ID) ein Anlagenmodell aus ausgewählten Komponenten, wobei diese Komponenten als Simulati- onskomponenten 11 des Anlagenmodells zusätzlich zu dem verfahrenstechnischen CFC-Plan mit den Bausteinen 9 einem Simulations-Werkzeug 12 übermittelt bzw. von diesem Simulations- Werkzeug 12 importiert werden. Das Simulations-Werkzeug 12 simuliert mit dem Anlagenmodell und dem verfahrenstechnischen CFC-Plan (verfahrenstechnisches Automatisierungsmodell) die geplante Anlage, wobei der verfahrenstechnische CFC-Plan das Anlagenmodell stimuliert bzw. anregt.

Für den Fall, dass die Simulationsergebnisse unbefriedigend sind, kann der Anwender mittels eines grafischen Editors des Simulations-Werkzeugs 12 den CFC-Plan ändern und die verfah ^¬ renstechnisch relevanten Ein- und Ausgänge der Bausteine 9 neu verschalten. Der geänderte abstrakte CFC-Plan (geändertes verfahrenstechnisches Automatisierungsmodell) sowie Änderun- gen am Anlagenmodell werden für einen entsprechenden Datenabgleich der verfahrenstechnischen Anlagenplanung 8 übermittelt. Für den Fall, dass die Ergebnisse der Simulation den Vorstellungen des Anwenders genügen, wird der abstrakte CFC- Plan dem DCS-Engineering-System 13 übermittelt. Mittels eines grafischen Editors des DCS-Engineering-Systems 13 verschaltet der Anwender nun die automatisierungstechnisch-spezifischen Ein- und Ausgänge des abstrakten CFC-Plans, wodurch die Er ^¬ stellung eines CFC-Plans bzw. eines Steuerprogramms für ein Automatisierungsgerät bzw. eine speicherprogrammierbare Steu- erung abgeschlossen ist. Dadurch, dass bereits während der verfahrenstechnischen Anlagenplanung 8 der abstrakte CFC-Plan erstellt und simuliert wird, wird die Anlagenplanungs- und Engineering-Phase, die Bestandteile des Anlagenlebenszyklus sind, verkürzt, wodurch im Vergleich zu einer bekannten verfahrenstechnischen Anlagenplanung zu einem früheren Zeitpunkt der Anlagenbetrieb aufgenommen werden kann (Figur 3) . Im Hinblick auf die Stimulation bzw. Anregung des Anlagenmodells bzw. deren Teile durch den verfahrenstechnischen CFC- Plan (verfahrenstechnisches Automatisierungsmodell) wird im Folgenden auf Figur 2 verwiesen, in welcher eine Kopplung von abstrakten CFC-Bausteinen mit einem Anlagenmodell gezeigt ist. Auf einer Anzeigeeinheit einer Einrichtung zur Durchführung einer Anlagenplanungs- und Engineering-Phase ist ein verfahrenstechnischer bzw. abstrakter CFC-Plan 14 (modellierter CFC-Plan) dargestellt, welcher im vorliegenden Ausführungsbeispiel lediglich mit drei CFC-Bausteinen 15, 16, 17 versehen ist. Der verfahrenstechnisch relevante Ausgang 15a des Bausteins 15 ist mit dem verfahrenstechnisch relevanten Eingang 16e des Bausteins 16 verschaltet, der verfahrenstech ^¬ nisch relevante Ausgang 16a des Bausteins 16 mit dem verfah ^¬ renstechnisch relevanten Eingang 17e des Bausteins 17. Über eine Kopplung 18 ist der modellierte CFC-Plan mit einem Anla ^¬ genmodell 19 gekoppelt, wobei ein Ausgang 17a des Bausteins 17 und ein Ausgang 15ax des Bausteins 15 Komponenten des Anlagenmodells 19 stimulieren bzw. anregen. Im vorliegenden Beispiel werden eine Pumpe 19a, ein Zulaufventil 19b sowie ein Rücklaufventil 19c über die Koppelung 18 des Anlagenmo ^¬ dells 19 angeregt, wodurch das „verfahrenstechnische" Verhal ^¬ ten der Anlage getestet werden kann.