Automatisierungssystem für ein Ammoniaksynthese-Aggregat im Kemerover Stickstoff-Düngerwerk KOAO «AZOT»

Bestimmungszweck
Die Produktion von flüssigem Ammoniak, eines wichtigen Rohstoffs in der chemischen Industrie, ist ein technologisch komplizierter, energieintensiver und potenziell gefÄhrlicher Prozeß. In dem Aggregat kommen Hochdruckdampf bis 100 bar, Naturgas und Wasserstoff zum Einsatz und treten Temperaturen bis  8000C auf. Außerdem stellt Ammoniak eine hochtoxische und explosionsgefÄhrliche Verbindung dar.
Von unseren FachkrÄften wurde das Steuersystem für ein Ammoniaksynthese-Aggregat modernisiert.
Das neue System mit Simatic- Prozessoren wurde in den Jahren 1997/1998 projektiert und in Betrieb gesetzt. Die Fachleute des Auftraggebers wurden zur Inbetriebnahme und Einstellung der Anlage herangezogen.

Die untere Ebene wurde unter Verwendung von vier funktionell unabhÄngigen Automatisierungssystemen realisiert. Drei davon sind für die Steuerung des technologischen Prozesses bestimmt. Das vierte, ein autonomes System, ist für den Havarieschutz zustÄndig.
Unter Berücksichtigung der hohen Forderungen an die ZuverlÄssigkeit werden als Steuereinheiten die redundanten, hochverfügbaren Zentralprozessoren der Simatic S5-155H verwendet.
Alle EingÄnge und AusgÄnge des Havarieschutzsystems sind dabei redundant ausgeführt. Was die Prozeßsteuerung betrifft, so sind nur die analogen und diskreten EingÄnge für besonderes wichtige Parameter redundant.

Die mittlere Ebene wurde mit dem System COROS LS-B-System realisiert und besteht aus drei Operator-ArbeitsplÄtzen und einem Arbeitsplatz für den Schichtleiter. Jeder Arbeitsplatz ist mit zwei Bedien-Stationen OSB-57 und einem Printer ausgestattet.

Charakteristische Daten der Bedienstation: Prozessor - Pentium -200MMX; Arbeitsspeicher - 32 Mb; Harddisk - 2.1 Gb; Betriebssystem - Windows-95; Software – Coros LS-B/Win 2.21

Die Stationen und Automatisierungssyteme kommunizieren miteinander über den Bus SINEC H1.

Die obene Ebene des Steuersystems wird für die Lösung ökonomischer Aufgaben, Erfassung statischer Werte und Archivierung sowie die Einspeisung von Information in das betriebliche Datennetz bestimmt. Im Server ist eine Software installiert, die unter Verwendung des DDE-Netzprotokolls Parameter von der Schichtleiter-Station übernimmt, das Archiv führt und ökonomische Kennwerte berechnet.

Datenaustausch
INEC H1 ist ein redundanter Bus. In jedem Automatisierungssystem sind zwei СР1430 eingebaut, die jeweils an verschiedene Segmente des SINEC H1 angeschlossen sind. Die redundanten Bedienstationen sind ebenfalls an verschiedene Bus-Segmente angeschlossen. Bei Ausfall eines der beiden СР1430 versagt auch nur eine der beiden Stationen des Arbeitsplatzes, so daß das Prozeßleitsystem wÄhrend des Austausches des defekten Zentralprozessors steuerbar bleibt.

Havarieschutz
Eine wichtige Komponente, die den sicheren Betrieb des Aggregates gewÄhrleistet, ist der Havarieschutz, der entsprechend den Betriebsvorschriften für die Überwachung der Prozeß-Parameter eingebaut ist. Software und Hardware sind so konzipiert, daß das Aggregat im Havariefall gefahrlos in den Stillstand versetzt wird. Alle AktivitÄten des Havarieschutzsystems und ihre Ursachen, einschließlich Operatorbefehle, werden in einem Meldeprotokoll archiviert

Regelsystem
Für die Regelung technologischer Parameter werden über hundert PID-Regler eingesetzt. Diese Regler verwenden das Softwarepaket «Modulare PID – und FUZZU - Regelung». Um den Bedienkomfort bei der Inbetriebnahme zu verbessern, wurde die Funktion der kontinuierlichen Sollwert-Änderung mit vorgegebener Geschwindigkeit sowie der stoßfreien Umschaltung von Fernbedienung auf Automatik und umgekehrt realisiert.

Eigendiagnose
Für die rechtzeitige Erkennung von ModulausfÄllen enthÄlt das Steuersystem ein leistungsfÄhiges Eigendiagnose-System, das die Möglichkeiten des hochverfügbaren Zentralprozessors der Simatic S5-155H nutzt. Der Ausfall wird dabei sowohl in Form einer Textmitteilung als auch eines Signals in den graphischen Darstellungen angezeigt. Um den genauen Platz des defekten Moduls im Schrank identifizieren zu können, erfolgt die Anzeige in unterschiedlichen Detaillierungsebenen.

Protokollierung und Archivierung
Eine Besonderheit des Steuersystems besteht in der Forderung, eine große Menge analoger Parameter über einen lÄngeren Zeitraum (3 Monate) zu archivieren. Um die Bedien-Stationen möglichst gleichmÄßig auszulasten und die ZuverlÄssigkeit der Datenspeicherung zu erhöhen, wurden verteilte Daten-Archive organisiert. Zu diesem Zweck wurde in jeder Bedien-Station ein eigenes Archiv für ca. 300 Parameter mit einem Aktualisierungs-Zyklus von 1 min. und einer Archivierungs-Dauer von 3 Monaten angelegt.

Auf dem Arbeitsplatz des Schichtleiters wurde ein Archiv mit einer zyklischen Abfrage von 200 Parametern, einem Aktualisierungs-Zyklus von 2 s und einer Archivierungs-Dauer von 48 h für die Analyse von Havariesituationen eingerichtet. 30 Minuten nachdem der Havarieschutz angesprochen hat, wird der Inhalt des Archivs automatisch in den DBF - File exportiert. Dieser File wird daraufhin im Server gespeichert und für die Analyse der Havarieursachen benutzt.

In einer der Stationen jedes Arbeitsplatzes wurden zusÄtzlich zyklische Melde-Archive angelegt. In diese Archive laufen die Mitteilungen ein, die sich auf den jeweiligen Arbeitsplatz beziehen.