Blog

Sep 09, 2023

InTech APR23 Wie die DCS-Migration die Bedienererfahrung verbessert

Durch die Weitergabe Ihrer Cookies können wir die Funktionalität der Website verbessern und Ihr Erlebnis optimieren. Klicken Sie hier, um unsere Cookie-Richtlinie zu lesen. Eine Migration bietet viele Vorteile, die dazu beitragen, das Leben zu verbessern

Durch die Weitergabe Ihrer Cookies können wir die Funktionalität der Website verbessern und Ihr Erlebnis optimieren. Klicken Sie hier, um unsere Cookie-Richtlinie zu lesen.

Eine Migration bietet viele Vorteile, die dazu beitragen, das Leben der Beteiligten in verschiedenen Bereichen der Produktionsstätte zu verbessern. Die Wartungstechniker werden nicht auf dem grauen Markt nach seltenen Ersatzteilen suchen. Der Anlagenmanager verfügt über Fernzugriffsmöglichkeiten, um den Anlagenbetrieb vom Büro (oder der Strandwohnung) aus auf dem neuen System zu überwachen.

Bei einem Projekt dieser Größenordnung sind die Menschen, die das DCS für den Betrieb der Anlage nutzen, die größten Auswirkungen – die Betreiber. Sie müssen die spezifischen Vorteile ihres Bereichs verstehen. Betreiber sind oft resistent gegen Veränderungen und können von Anfang an Kritiker sein, so dass es schwierig sein kann, sie zu überzeugen. Wenn sie die Vorteile nach Abschluss der Migration immer noch nicht erkennen, hat das Unternehmen seine Geschäftsziele leider nicht erreicht. Der Erfolg hängt weitgehend von der Vorabplanung und der Zustimmung der Betreiber und anderer wichtiger Interessengruppen ab.

Überlegen Sie, wie eine DCS-Migration die Erfahrung des Betreibers beim Betrieb der Anlage auf drei Arten verbessern kann. Stellen Sie sich zur Veranschaulichung den Verbesserungsprozess in Bezug auf Bild, Ton und Gefühl vor.

Feel ist mit der Prozesssteuerung verbunden – der Art und Weise, wie das DCS das System steuert. Der Anteil der automatischen Steuerung im Vergleich zur visuellen Steuerung hängt mit den Grafiken zusammen – was die Bediener auf dem Bildschirm sehen und wie sie zu den benötigten Informationen gelangen.

Mit den Alarmen ist ein Ton verbunden. Dadurch werden die Alarme des Bedieners und sein Situationsbewusstsein verbessert. Außerdem erkennt er, worauf Bediener bei anormalen Bedingungen reagieren und welche Maßnahmen sie ergreifen müssen.

Feel ist mit der Prozesssteuerung verbunden – der Art und Weise, wie das DCS das System steuert. Wie viel der Steuerung erfolgt automatisch bzw.?

Erwägen Sie eine Verbesserung des Anblicks – der Grafik. Mittlerweile haben die meisten Menschen vom ANSI/ISA-101.01-2015-Standard „Human Machine Interfaces for Process Automation Systems“ und den Best Practices für Hochleistungs-Human-Machine-Interfaces (HP-HMI) gehört, die gute moderne Grafiken mit Graustufen gleichsetzen. Dies ist ein großer Teil der Verbesserung dessen, was Bediener leicht sehen und darauf reagieren können. Die Änderung der Farbpalette auf einen grauen Hintergrund mit sparsamem Farbeinsatz lenkt die Aufmerksamkeit auf ungewöhnliche Situationen und ist Teil der Lösung (Abbildung 1).

Bei HP-HMI geht es jedoch um mehr als nur Farbänderungen. Es geht um Planung. Dabei handelt es sich um eine Bewertung dessen, was auf den Übersichtsbildschirmen der Ebene 2 (L2) angezeigt werden muss, die ein Bediener zum Betrieb der Anlage verwendet.

Bei der Migration älterer DCS-Grafiken ist die Replikation der von den Bedienern verwendeten Bildschirme normalerweise ineffizient und verbessert ihre Situation nicht. Auch wenn sich der Bediener an das Erscheinungsbild des Systems gewöhnt hat, heißt das nicht, dass das Benutzererlebnis nicht verbessert werden kann. Hier kommen die neuen HP-HMI-Best Practices ins Spiel: L1-, L2-, L3- und L4-Bildschirme sollten die richtigen Daten und Steuerelemente anzeigen, um die kognitive Belastung des Bedieners zu reduzieren und die benötigten Informationen dann bereitzustellen, wenn sie benötigt werden.

Hier finden Sie Beschreibungen, welche Art von Informationen auf jeder Ebene angezeigt werden:

L1: Immer aktuell, an der Wand montierte Trends oder Displays, die immer sichtbar sind. L1 gibt jedem einen schnellen Status der Einheit oder kritischer Prozessdaten und deren Betrieb.

L2: Die Geldverdiener. Dies sind die Bildschirme, die ein Bediener verwendet, um den Prozess zu überwachen und routinemäßige Maßnahmen zur Herstellung des Produkts zu ergreifen.

L3: Einzelheiten. L3 liefert weitere Informationen zu einer bestimmten Prozesseinheit, die zur Diagnose, Fehlerbehebung oder Durchführung nicht routinemäßiger Vorgänge erforderlich sind.

L4: Pop-ups. Hierbei handelt es sich um Steuerelemente und Faceplates, mit denen Bediener interagieren, bis sie verschwinden.

Bevor Sie von einem alten DCS-System wechseln, empfiehlt es sich, einen HP-HMI-Storyboard-Workshop durchzuführen. Bringen Sie die Ingenieure und Betreiber zusammen mit einem erfahrenen Moderator dazu, die Geschichte darüber zu erläutern, wie die Anlage betrieben werden sollte – nicht wie sie heute betrieben wird, sondern wie sie betrieben werden sollte. Das Storyboard sollte enthalten, welche Informationen der Bediener auf einen Blick sehen muss und welche Informationen ausgeblendet werden können, bis sie benötigt werden.

Die Vorteile eines Storyboard-Workshops sind zweifach: Der erste ist mit den Kosten der Migration und dem Return on Investment (ROI) verbunden. Eine Storyboard-Sitzung kann die Anzahl der zu migrierenden Grafiken um bis zu 40 % reduzieren. Die Kosten der Sitzung werden durch die geringere Anzahl der zu migrierenden Grafiken schnell ausgeglichen.

Der zweite Vorteil liegt im Betrieb der Anlage nach der Migration. Durch den besseren Zugang zu Informationen können die Betreiber die Anlage besser betreiben. Das verbesserte Situationsbewusstsein ermöglicht es ihnen, Möglichkeiten zur Verbesserung des Betriebs zu erkennen und potenziell kostspielige Probleme abzuwenden, bevor sie beginnen.

Selbst mit effektiven HP-HMI-Grafiken können Bediener nicht immer alles sehen. Dafür gibt es Alarme, daher ist es auch wichtig, den Ton der Alarme des Steuerungssystems zu verbessern. ANSI/ISA-18.2-2016, Management of Alarm Systems for the Process Industries, bietet Leitlinien aus Sicht der Standards. Ein modernes DCS verfügt über die Möglichkeit, mindestens sechs oder sieben Alarme für jeden Eingang zu konfigurieren – Hochs, Tiefs, schlechtes Signal usw. Die Möglichkeiten sind endlos, die Bandbreite des Betreibers zum Filtern und Reagieren auf diese Alarme jedoch nicht.

Das Steuerungssystem sollte den Bediener nur dann alarmieren, wenn eine Aktion erforderlich ist. Das erfordert Disziplin und Arbeit. Die Lösung für diese Situation ist bekannt. Eine Alarmrationalisierung ist erforderlich, um alle Alarme auszuwerten und zu dokumentieren und zu entscheiden, was notwendig ist und was beseitigt, konsolidiert oder intelligent gemacht werden kann.

Eine Methode zur intelligenten Alarmierung ist das Zurückstellen oder Deaktivieren von Alarmen basierend auf anderen Anlagenbedingungen. Beispielsweise kann ein Alarm bei niedrigem Durchfluss überflüssig sein, wenn die Pumpe, die diesen Durchfluss liefert, nicht läuft. Bei der Alarmeinteilung handelt es sich um die Möglichkeit, mehrere Alarme basierend auf einer Prozessbedingung auszublenden oder zu entfernen. Wenn beispielsweise ein Kompressor außer Betrieb genommen wird, muss der Betreiber auf keinen seiner Alarme reagieren. Das Aufschieben dieser Alarme, bis der Kompressor wieder in Betrieb genommen wird, kann den Bediener entlasten.

Ein Alarmsystem, das nur bei Bedarf klingelt, zahlt sich doppelt aus: Erstens gibt es den Bedienern die Möglichkeit, ungewöhnliche Situationen schnell zu erkennen und Maßnahmen zur Abhilfe zu ergreifen. Schließlich ist dies der Zweck einer Alarmanlage. Zweitens haben die Bediener Zeit, ihre wichtigste Aufgabe zu erledigen – den Betrieb der Anlage –, ohne dass es ständig zu Fehlalarmen kommt. Es gibt ihnen die Zeit und den Fokus, den Ertrag zu verbessern und Fehler zu reduzieren.

Eine der häufigsten Verbesserungen bei der Migration eines Steuerungssystems ist die Schleifenoptimierung und -minderung. Da jede Schleife neu programmiert werden muss, ist es ein ausgezeichneter Zeitpunkt, ihre Abstimmungs- und Steuerungsbedingungen zu verbessern. Nicht diagnostizierte oder jahrelang ignorierte Probleme können bewertet und behoben werden.

Eine weitere Verbesserung des Bediengefühls eines Steuerungssystems kann den Unterschied zwischen der Bedienung eines nahezu selbstfahrenden Autos und der eines Baggerladers ausmachen. In einem modernen Auto mit Tempomat, Spurerkennung und Sicherheitsfunktionen können wir das Fahrzeug dorthin steuern, wo wir es haben wollen, aber wir müssen nicht jede Aktion ständig kontrollieren. Bei einem Baggerlader beispielsweise muss der Bediener jede Bewegung direkt mit einem separaten Joystick oder Knopf steuern. Diese Methode funktioniert, erfordert jedoch viel Geschick und manuelle Kontrolle. Viele Altanlagen laufen auf diese Weise.

Selbst mit effektiven HP-HMI-Grafiken können Bediener nicht immer alles sehen; Dafür gibt es Alarme.

Eine der vielversprechendsten Methoden, die sich zunehmend durchsetzt, ist die Statebased Control (SBC). Bei SBC verfügt jede Einheit oder jedes Gerät über eine Reihe von Betriebszuständen (Abbildung 2).

Beispielsweise kann eine Destillationskolonne die Zustände „Leerlauf“, „Füllung“, „Heizung“, „Betrieb“ und „vollständiger Rückfluss“ aufweisen. Anstatt Ventile und PID-Steuerungen (Proportional-Integral-Differential) direkt zu manipulieren, können Bediener die Säule schrittweise durch die Zustände bewegen, oder das Steuerungssystem kann die Säule basierend auf zuvor definierten Bedingungen automatisch in einen neuen Zustand versetzen. Dadurch kann der Bediener mehr Zeit damit verbringen, den Kurs festzulegen, anstatt den Bus zu fahren. Durch den geringeren Zeitaufwand für leicht zu automatisierende Aufgaben hat der Bediener mehr Zeit für den Betrieb der Anlage.

Zustände können auch verwendet werden, um intelligente Alarme zu aktivieren oder zu deaktivieren, wenn Bedingungen diesen Alarm bedeutungslos machen. Wenn die Säule noch nicht mit Flüssigkeit gefüllt ist, ist der Alarm für niedrigen Füllstand bedeutungslos.

Eine weitere Möglichkeit, die Steuerung der Anlage zu verbessern, besteht in einer schrittweisen Änderung der Steuerungsstrategie. Die fachmännische Implementierung fortschrittlicher regulatorischer Kontrolltechniken wie Feed-Forward, Verhältniskontrolle und abgeleitete Eigenschaften kann sich auf die Fähigkeit einer Anlage auswirken, näher an den Beschränkungen zu arbeiten und dadurch den Durchsatz zu erhöhen. Auch hier bringt eine DCS-Migration das richtige Fachwissen zusammen und berührt jede Steuerungsstrategie im Controller. Es gibt keinen besseren Zeitpunkt, um zumindest über die Umsetzung dieser Strategien nachzudenken.

Die Migration eines Steuerungssystems ist ein großes Unterfangen und erfordert die Zustimmung wichtiger Stakeholder im gesamten Unternehmen. Die Neuerstellung von Grafiken und Steuerungsstrategien auf einem neuen System ist eine anspruchsvolle Aufgabe, bietet aber auch eine großartige Gelegenheit, das Bedienererlebnis und die gesamten Produktionsprozesse zu verbessern. Sorgfältige Planung und einige Vorarbeiten können die Kontrolle des Bedieners über eine Anlage auf drei wesentliche Arten verbessern: Sicht – Verbesserung des grafischen Layouts für den Bediener, Ton – Verbesserung des Alarmsystems und Gefühl – Verbesserung der Kontrolle des Bedieners über den Prozess.

All diese Verbesserungen beseitigen Ablenkungen und ermöglichen es dem Bediener, sich auf seine eigentliche Aufgabe zu konzentrieren – die Produktionsprozesse und die Anlage am Laufen zu halten. Der ROI, den diese Verbesserungen bieten, kann sich auszahlen und Unternehmen dabei helfen, ihren Wettbewerbsvorteil zu wahren.

Wir wollen von dir hören! Bitte senden Sie uns Ihre Kommentare und Fragen zu diesem Thema an [email protected].

Scott Hayes ([email protected]) ist der DCSNext-Portfoliomanager bei Rockwell Automation. Hayes ist ein lizenzierter Steuerungssystemingenieur mit mehr als 20 Jahren Erfahrung in der Leitung von Automatisierungsprojekten und -programmen sowie in der praktischen Konfiguration und Vernetzung von DCS-, SPS-, HMI-, Prozesshistorien- und Visualisierungslösungen.

Fekri Abdullah ([email protected]) ist leitender Ingenieur bei MAVERICK Technologies, einem Rockwell Automation-Unternehmen. Abdullah hat einen Bachelor-Abschluss in Elektrotechnik von der University of Michigan Dearborn. Er arbeitet seit mehr als 14 Jahren mit MAVERICK im Bereich Automatisierung zusammen und unterstützt zahlreiche Projekte in unterschiedlichen Prozessen und Plattformen.