> Prozessleittechnik (PLT)

Prozessleittechnik zur Automatisierung verfahrenstechnischer Prozesse


In Anlagen der Chemie-, Pharma- und Nahrungsmittelindustrie gibt es eine  große Zahl von Sensoren und Aktoren, um die verfahrenstechnischen Prozesse zu steuern und zu überwachen. 


Die Prozesse werden von Prozessleitsystemen (PLS) gesteuert. Sie bestehen aus mehreren prozessnahen Komponenten, die wie SPSen in Echtzeit Sensordaten auswerten und die Aktoren (Motoren, Ventile, Regler etc.) ansteuern. Außerdem besitzen Prozessleitsysteme Anzeige- und Bedienstationen, die dem Anlagenfahrer Prozesszustände auf einen Blick anzeigen und durch manuelle Eingriffsoptionen eine effiziente Prozessführung ermöglichen.


Durch die elektronische Vernetzung von Prozessleitsystemen mit Produktions-planungssystemen (z.B. SAP-Systemen) wächst die automatisierungstechnische und betriebswirtschaftliche Welt zusammen, denn alle Systeme können auf gemeinsame Daten zugreifen. Das PLS ist dabei das Bindeglied, das wie die Wurzel eines Baumes die Prozessinformation von den Sensoren und Aktoren in der Fabrik aufnimmt und diese andererseits an übergeordnete Managementsysteme zur Ressourcen- und Produktionssplanung sowie zurQualitätssicherung und Instandhaltung zur Verfügung stellt. 


Die Vorlesung gibt zunächst einen Überblick über wichtige verfahrenstechnische Apparate und Prozesse und behandelt dann den Systemaufbau von Prozessleitsystemen und ihren Einsatz beim Betrieb von verfahrenstechnischen Anlagen. Zentraler Gegenstand ist die ingenieurmäßige Vorgehenesweise bei Planung, Realisierung und Inbetriebnahme solcher Anlagen.

1. Einführung
1.1 Definition Leittechnik
1.2 Vernetzte Automatisierungssysteme

2. Prozessleitsysteme und Industrie 4.0
2.1 Aufbau von Prozessleitsystemen 
      2.1.1 Prozessnahe Komponenten  
      2.1.2 Anzeige- und Bedienkomponenten  
      2.1.3 Horizontale Integration mit Feldbus und Industrial Ethernet
2.2 Vertikale Integration in die Cloud
      2.2.1 OPC-UA     
      2.2.2 MQTT       
      2.2.3 Webvisualisierung mit HTTP
      2.2.4 Fernwartung mit VPN
      2.2.5 IT-Security
2.3 Manufacturing Execution Systems (MES)
      2.3.1 Datenverdichtung  
      2.3.2 Betriebsdatenauswertung
      2.3.3 Plant Asset Management mit Condition Monitoring, Predictive Maintenance
      2.3.4 Qualitätsmanagement
2.4 Produktionsplanung und -steuerung
      2.4.1 Produktionsplanung in ERP-Systemen  
      2.4.2 Produktionssteuerung im MES
      2.4.3 Supply Chain Management

3. Steuerung und Regelung verfahrenstechnischer Prozesse
3.1 Überblick verfahrenstechnischer Apparate und Prozesse  
       3.1.1 Fördern von Flüssigkeiten
       3.1.2 Fördern von Gasen 
       3.1.3 Fördern von Schüttgut  
       3.1.4 Zerkleinern von Feststoffen  
       3.1.5 Mischen  
       3.1.6 Heizen und Kühlen  
       3.1.7 Mechanische Trennverfahren  
       3.1.8 Thermische Trennverfahren  
       3.1.9 Physikalisch-chemische Trennverfahren  
       3.1.10 Gasreinigung
3.2 Regelung kontinuierlich betriebener Anlagen
      3.2.1 Typische verfahrenstechnische Regelstrecken  
      3.2.2 Regelkreisstrukturen in der Verfahrenstechnik
3.3 Batch Control: Steuerung von Chargenprozessen
      3.3.1 Entwurf von Rezeptsteuerungen: Prozessanalyse und Rezeptsynthese
      3.3.2 Objektorientierte Programmierung des Prozesses
      3.3.3 Objektorientierte Programmierung der Anlage
      3.3.4 Vorteile der Rezeptfahrweise

4. Engineering in der Prozessleittechnik
4.1 Prozess- und anlagentechnische Planung
      4.1.1 Grund- und Verfahrensfließbild
      4.1.2 R+I-Fließbild, PLT-Stellenplan und -stellenblatt
4.2 Prozessleittechnische Instrumentierung
      4.2.1 Auswahl der Sensorik
      4.2.2 Antriebe und Ansteuereinrichtungen
      4.2.3 Auslegung von Stellventilen und Pumpen
      4.2.4 Einrichtungen zur Anlagensicherung (EzA)
      4.2.5 Maßnahmen zum Explosionsschutz
4.3 Management von PLT-Projekten  
      4.3.1 Aufgabenplanung  
      4.3.2 Terminplanung  
      4.3.3 Ressourcenplanung     
      4.3.4 Kostenplanung

5. Zusammenfassung

Die Abschnitte 2.2-2.4 und 3.3 sind ausführlich beschrieben in:
M. Seitz: "Speicherprogrammierbare Steuerungen für die Fabrik- und Prozessautomation", Hanser Verlag, 2015.

Die Lehrveranstaltung Prozessleittechnik besteht aus einem Vorlesungsmodul, in dem Aufbau und Funktionsweise von Prozess- und Betriebsleitsystemen, Steuerung und Regelung verfahrenstechnischer Prozesse sowie das Engineering in der Prozessleittechnik behandelt werden. Außerdem bearbeiten die Studierenden ein Laborprojekt, in dem die Rezeptsteuerung für eine pharmazeutische Anlage zu entwerfen und objektorientiert zu programmieren ist.  

Das dritte Modul der Lehrveranstaltung ist ein Seminar. Hierfür bearbeiten die Studierenden in Gruppen ein aktuelles Thema der Prozessleittechnik, das die Inhalte der Vorlesung ergänzt. Bei den meisten Seminararbeiten besteht die Möglichkeit, das Thema an folgenden realen Systemen und Anlagen in der Verfahrenshalle der Fakultät für Verfahrens- und Chemietechnik und im Labor für Automatisierungstechnik zu veranschaulichen:

  • Sprühwirbelschichtanlage automatisiert durch eine S7-Steuerung
  • Destiallationskolonne automatisiert durch das Prozessleitsystem PCS7
  • Verfahrenstechnische Abwassertrennanlage automatisiert durch das Prozessleitsystem Freelance
  • CAE-System Prodok zur Anlagenplanung
  • Hochregallager zur Steuerung logistischer Abläufe mit einer S7 im TIA-Portal

Persönliche Seiten von Prof. Dr. Seitz

Externe Links
Moodle 1)
SPS-Lern-Übungsseite 2)

1) Quizzes, Scripts, Laboranleitungen
2) SPS-Lern-und-Übungsseite zum Buch Speicherprogrammierbare Steuerungen