PCS7 & Route Control

(1)

Afstudeerverslag

PCS7 & Route Control

Naam: J.R. Kelly

Studentnummer: 2005413 Datum: 06-06-2012

(2)

Afstudeerverslag versie 1.0 “PCS7 & Route Control”

i

Voorwoord

Dit rapport is het eindverslag van een student van AVANS hogeschool, die zijn afstudeerstage heeft gelopen bij M+W Process Automation in Breda. Lezers die interesse hebben in industriële processen en Siemens DCS systemen kunnen gebruik maken van dit rapport. De afstudeerder Jerald Kelly is zeer dankbaar voor de goede hulp van Dhr. A. van Dijk en de medewerkers van M+W Process Automation in Breda.

(3)

ii

Samenvatting

Route Control is een onderdeel van het programma Siemens PCS7 en is geschikt voor het besturen en beheren van materiaal transportroutes. De routes kunnen vooraf gedefinieerd worden of automatisch bepaald worden door Route Control. Route Control wordt gebruikt in opslagsilos, tankerparken, CIP en materiaaltransport. Aan de hand van deze afstudeeropdracht zijn beperkingen en toepassingscriteria’s voor het gebruik van Route Control opgesteld.

Voor verheldering van Route Control wordt eerst de basis werking van PCS7 uitgelegd.

Daaropvolgend wordt de werking van Route Control geanalyseerd en aan de hand van de analyse van PCS7 wordt een basis testcase ontworpen. De basis testcase is gebaseerd op een tankerpark met opslagsilo´s. Doormiddel van Route Control worden de materialen tussen de opslagsilo´s

getransporteerd. De basis testcase wordt geconfigureerd in PCS7 samen met de Route Control configuratie. Na het configureren van de testcase worden de functies van Route Control getest. Voor verder analyse is de testcase uitgebreid met meerdere opslagsilo´s en tussenwegen. Tijdens de uitbreiding van de testcase zijn de gebruikte componenten van Route Control en de engineeringtijd bepaald.

Aan de hand van de resultaten van de basis testcase en de uitbreiding daarvan worden

toepassingcriteria en beperkingen naar voren gebracht voor het gebruik maken van Route Control in de procesindustrie.

Uit de conclusies is gebleken dat of Route Control zinvol toegepast kan worden, van verschillende situaties afhangt zoals aan de eisen van de klanten en ook de complexiteit van het proces.

Doormiddel van Excel sheets worden de engineeringuren en de totale kosten van Route Control bepaald en vergeleken met een conventionele PCS7 configuratie. Aan de hand van de resultaten uit de Excel sheets kan in een vroeg stadium van het project ingeschat worden wat de meest optimale keuze is voor de klant: Toepassing van Route Control of het probleem oplossen met conventionele techniek.

(4)

iii

Inhoudsopgave

Voorwoord ... i Samenvatting ... ii 1. Inleiding ... 1 2. Probleemstelling ... 2 3. Doelstelling ... 3 4. Analyse... 4 4.1 Algemeen ... 4 4.2 SIMATIC manager ... 4 4.2.1 Component View ... 4 4.2.2 Plant View ... 4

4.2.3 Process Object View ... 4

4.2.4 Automation Systeem (AS) ... 4

4.2.5 Engineering Systeem (ES) ... 4

4.2.6 Operator Systeem (OS) ... 5

4.2.7 OS-Server en OS-Client ... 5

4.3 Programmeren in PCS7 ... 5

4.3.1 PCS7 Library ... 5

4.3.2 Continuous Function Chart (CFC) ... 6

4.3.3 Sequential Function Chart (SFC) ... 6

4.3.4 SFC types ... 7

4.3.5 WinCC Explorer ... 7

5. Route Control ... 8

5.1 Route Control Server/Client ... 8

5.2 Route Control interfaces ... 8

5.3 Location en partial routes ... 8

5.4 Route Control Wizard... 9

5.5 Route Control Engineering ... 9

5.6 Route Control Center ... 9

5.7 Route Control operator dialog ... 10

5.7.1 OS icons ... 10

5.7.2 Faceplate ... 10

5.8 Route Control met SFC ... 11

5.8.1 Route Control en SFC (AS omgeving) ... 11

5.8.2 Route Control en SFC ( Client omgeving) ... 11

6. Uitvoeringsaspecten ... 12

6.1 Basis Testcase ... 12

6.2 PCS7 Plant View configuratie ... 13

6.3 Route Control SFC instance ... 13

6.4 RC Wizard ... 14

6.5 Basis testcase verdeling ... 14

6.6 Location ... 14

6.7 Equipment properties ... 15

6.8 Samenhang location en equipment properties ... 15

6.9 Prioriteiten ... 15

6.10 Partial routes ... 15

6.11 Route Control Engineering ... 16

6.12 Verify Routes configuraties ... 17

6.13 Linking elementen ... 17

(5)

iv

6.15 Gelijktijdige routes ... 17

6.16 Route Control Center: Handmatige en automatische besturing ... 17

6.17 WinCC Explorer ... 18

6.18 Uitbreiding testcase ... 18

7. Resultaten ... 19

7.1 Configuratie gegevens van de testcase ... 19

7.2 Route Control configuratie en Conventionele configuratie in PCS7 ... 19

7.3 Beperkingen en licentie kosten ... 20

7.4 Bepaling engineeringtijd en kosten ... 21

7.5 Vergelijking resultaten ... 22

8. Conclusies ... 24

Literatuurlijst ... 25

Bijlage 1 Project Management Document ... 26

Bijlage 2 Architectuur SIMATIC Manager ... 45

Bijlage 3 PLC technieken ... 46

Bijlage 4 Single Station en Multiple Station ... 47

Bijlage 5 Continious Function Chart ... 48

Bijlage 6 Werking van Sequential Function Chart ... 49

Bijlage 7 Werking van SFC Type ... 50

Bijlage 8 Library WinCC Explorer ... 51

Bijlage 9 Route Control interfaces ... 52

Bijlage 10 Route Control Engineering ... 55

Bijlage 11 Block Icons statussen ... 56

Bijlage 12 PLC configuraties ... 57

Bijlage 13 Plant View configuratie ... 59

Bijlage 14 CFC chart voor kleppen ... 60

Bijlage 15 CFC chart voor de fermantatie en storage tanks ... 61

Bijlage 16 CFC chart voor de pompen ... 62

Bijlage 17 CFC chart “Route 1” ... 63

Bijlage 18 CFC chart “Route 2” (sheet 1) ... 64

Bijlage 19 Sequencer “RUN” configuratie ... 67

Bijlage 20 Characteristic configuratie in SFC type ... 68

Bijlage 21 Equipment properties ... 69

Bijlage 22 RCE configuratie ... 70

Bijlage 23 CFC chart “Material” ... 71

Bijlage 24 Materiaal configuratie ... 72

Bijlage 25 Selecteren van route in RCE ... 73

Bijlage 26 Basis test case configuratie in WinCC Explorer ... 74

Bijlage 27 Plant View hiërarchie van de uitgebreide testcase ... 76

Bijlage 28 Elementen van de “uitgebreide testcase” ... 77

Bijlage 29 Location en partial routes voor “Uitgebreide testcase” ... 78

Bijlage 30 Configuratie “Uitgebreide testcase”... 79

(6)

1

1 1. Inleiding

M+W Process Automation maakt onderdeel uit van M+W Group. De hoofdvestiging van M+W Group is gevestigd in Ludwigshafen am Rhein in Duitsland. Er zijn in totaal 29 regionale kantoren in Europa en Azië. De hoofdvestiging van M+W Process Automation Benelux ligt in Melsele met twee vestiging in Breda en Wavre. M+W Process Automation heeft circa 650 engineers, waarvan circa 120 in de Benelux kantoren werken. M+W Process Automation is in Nederland actief op de markten Olie & Gas, (petro) Chemie, Pharma, Food & Beverage. M+W Process Automation heeft expertise met verschillende PLC-, HMI- en DCS systemen en biedt klanten advies en automatiseren hierover. Het bedrijf kan als de klant het wil ook producten aanbieden en de hele assemblage uitvoeren. M+W Process Automation is al bezig met projecten wat betreft PCS7 systemen. De bedoeling van deze afstudeerstage is om kennis te verkrijgen op het gebied van het PCS7 programma Route Control. De medewerkers hebben geen kennis met het Route Control programma en willen graag een analyse uitvoeren op dit gebied. M+W Process Automation is gericht op procesindustrie en Route Control is gebaseerd op idem processen. Route Control is een onderdeel van het programma Siemens PCS7 en is geschikt voor het besturen en beheren van materiaal transportroutes. De routes kunnen voorgedefinieerd of automatisch bepaald worden door Route Control. Route Control wordt gebruikt in opslagsilos, tankerparken, CIP en materiaaltransport. Gedurende dit afstudeerproject wordt de werking van Route Control getest en geanalyseerd doormiddel van het bouwen van een testcase. De testcase is gebaseerd op een tankerpark met opslag silo´s. Verschillende materialen worden getransporteerd tussen de opslag silo´s. De testcase moet door Route Control bestuurd worden. Aan de hand van de analyse en de resultaten van de testcase worden beperkingen en toepassingscriteria voor het programma Route Control opgesteld. De kennis die de afstudeerder opbouwt over het programma Route Control, zal aan de medewerkers van M+W Process

Automation ter beschikking worden gesteld.

De opbouw van dit rapport is als volgt: In hoofdstuk 2 wordt de probleemstelling van dit rapport naar voren gebracht. M+W Process Automation stelt de probleemstelling aan de afstudeerder en deze zal in de afstudeerperiode worden uitgevoerd. In hoofdstuk 3 wordt de doelstelling van het project uitgelegd. Er worden hoofddoelen en subdoelen opgesteld om uiteindelijk een goed

resultaat te bereiken. In hoofdstuk 4 wordt een analyse gedaan over het programma PCS7. Er wordt gefocust op de architectuur van het programma en ook op het programmeer gedeelte van het programma. In hoofdstuk 5 wordt de Route Control van PCS7 geanalyseerd en ook worden alle mogelijk functies van het programma bestudeerd. Route Control is het hoofd onderdeel van dit project en alle aandacht wordt ook hieraan besteed. Na de analyse van Route Control wordt in hoofdstuk 6 een basis testcase gebouwd, waar alle functies van Route Control in toegepast worden. Wanneer deze basis testcase voltooid is, wordt het uitgebreid. Zo kunnen meer mogelijke scenario’s van het programma worden getest. Verder worden in hoofdstuk 7 de resultaten van het programma Route Control in verband met het testen van de testcase besproken. Alle resultaten worden

(7)

2

2 2. Probleemstelling

In dit hoofdstuk wordt de probleemstelling van de afstudeeropdracht uitgelegd.

Het bedrijf M+W Process Automation is een automatiseringsbureau dat diensten aanbied aan hun klanten op het gebied van PLC, HMI en DCS systemen. Een van de DCS systemen dat gebruikt wordt is een product van Siemens, namelijk het Simatic PCS7 systeem. Een optie programma van PSC7 systeem is het programma Route Control.

Route Control is geschikt voor het besturen en beheren van materiaal transportroutes. De routes kunnen vooraf gedefinieerd of automatisch bepaald worden door Route Control. Route Control wordt gebruikt in opslagsilo´s, tankerparken, CIP en materiaaltransport.

Het bedrijf wil graag weten wanneer het programma toepasbaar is in het industriële proces automatisering. Verder wordt naar de beperkingen van het programma gezocht. Dit wordt gedaan door de werking van de Route Control uit te zoeken en alle functies uit te testen in een testcase. De testcase wordt gemaakt op basis van een Tankerpark dat gevestigd in Rotterdam.

Aan de hand van deze testcase wordt gezocht naar alle functies die het programma Route Control kan bieden aan de klanten van M+W Process Automation. Tevens ook welke soort klanten erbij kunnen komen door het gebruik van Route Control.

Alle door de afstudeerder opgebouwde kennis zal aan de medewerkers van M+W Process Automation ter beschikking worden gesteld.

(8)

3

3 3. Doelstelling

In dit hoofdstuk worden de doelstelling en de subdoelen van het afstudeerproject beschreven. Met de PCS7 & Route Control afstudeeropdracht beoogt M+W Process Automation meer kennis van de toepassingscriteria voor Route Control en tevens praktische ervaring met het systeem te

verkrijgen. De Route Control kan worden toegepast bij op- en overslag terminals.

Aanvullend wil het bedrijf inzicht krijgen of er toepassingen gevonden kunnen worden bij de behoefte van industrieën om zo in de processen meer flexibiliteit te brengen. Verder moet er naar de voordelen en de beperkingen van het systeem gezocht worden.

Om de doelstelling te kunnen bereiken, worden subdoelen geformuleerd:

1. Het configureren en gebruiken van de basis functies van het Siemens PCS7 systeem. 2. Het configureren en gebruiken van het Route Control programma.

3. Een demo project (testcase) ontwerpen op het gebied van op- en overslag terminals (het tankerpark in Rotterdam als voorbeeld genomen).

4. Het demoproject te kunnen sturen en controleren via Route Control. 5. De testcase uitbreiden en de functies via Route Control testen

6. Het kunnen benoemen van toepassingscriteria voor het programma Route Control.

7. De kennis met het programma Route Control verspreiden onder de medewerkers van M+W Process Automation.

(9)

4

4 4. Analyse

In dit hoofdstuk worden de inhoud en functie van het DCS systeem Simatic PCS7 van Siemens uitgelegd.

4.1 Algemeen

Simatic PCS7 is het Distributie Controle Systeem van Siemens. De afkorting betekent: Proces Control Systeem 7. PCS7 kan het complete procesbedrijf installatie automatiseren. Het verschil tussen een PLC programma (STEP 7) en een DCS systeem (PCS7) is dat bij Step 7 de SCADA software apart wordt geleverd. In de PCS7 wordt niet alleen de PLC geconfigureerd en beheerst, maar ook het SCADA systeem. In de volgende gedeeltes wordt de architectuur van PCS7 toegelicht.

4.2 SIMATIC manager

SIMATIC manager is de centrale applicatie in PCS7 en geeft toegang tot alle applicaties die nodig zijn voor het configureren van een PCS7 project. De Simatic Manager werkt met een split window structuur, die te vergelijken is met de windows explorer. In bijlage 2 wordt de architectuur van SIMATIC manager weergegeven.

4.2.1 Component View

Component View geeft de fysieke geheugenlocatie van de objecten weer. In de window aan de linker kant van de Component View (zie bijlage 2) bevinden zich alle componenten die gebruikt worden in een project of multiproject. In de Component View kunnen de hardware en PCS7 componenten worden bijgevoegd en geconfigureerd.

4.2.2 Plant View

De automatisering, bediening en de monitor functies van het proces worden hiërarchisch georganiseerd in de Plant View. Het proces wordt dus verdeeld in folders (units) met de

bijbehorende geconfigureerde PCS7 componenten. Vergeleken met Component View wordt de hardware van het project niet in de Plant View weergegeven.

4.2.3 Process Object View

Alle geconfigureerde proces objecten in het PCS7 project/multiproject zijn sneller te vinden in de Proces Object View. Proces objecten worden weergegeven in een tabel vorm met hun geassocieerde kenmerken en aspecten, die aangepast kunnen worden. Door een gefilterde zoekfunctie zijn proces objecten sneller te groeperen en gegroepeerd te bewerken.

4.2.4 Automation Systeem (AS)

In de AS worden de CPU en de centrale I/O modules geconfigureerd. In de Hardware configuratie van de AS worden de componenten toegevoegd vanuit de hardware catalogus. De componenten in de catalogus zijn gebaseerd op PLC techniek en worden in het kort toegelicht in bijlage 3.

4.2.5 Engineering Systeem (ES)

De ES beschikt over alle hulpmiddelen die nodig zijn voor de configuratie van een proces controle systeem. De configuratie van de ES gebeurt aan de hand van hardware configuratie, communicatie en DCS applicatie. In de ES worden onder meer de WinCC applicatie, Route Control applicatie en Route Control server geconfigureerd.

(10)

5

4.2.6 Operator Systeem (OS)

In de OS worden de Human Machine Interface (HMI) componenten geconfigureerd en bestuurd. De OS beschikt over het programma WinCC Explorer, welke zorgt voor de visualisatie van het proces en de HMI besturing. Een OS kan geconfigureerd worden als een Single Station of Multiple Station met een Client/OS-server architectuur (zie bijlage 4). In de single station worden alle bedieningen en controles van een project geconfigureerd in één station. In een multiple station zijn er meerdere clients die gegevens binnenkrijgen van één of meerdere OS-servers.

4.2.7 OS-Server en OS-Client

Een OS Server is verbonden met het Automatisering Systeem. De OS-server ontvangt

procesgegevens, dit bevat alle gegevens van de configuratie. Een OS- cliënt heeft toegang tot een OS server. Een OS-Client kan een proces beheren en in de ‘Runtime modus’ controleren.

4.3 Programmeren in PCS7

In PCS7 worden verschillende processen geprogrammeerd en om dit te kunnen uitvoeren heeft PCS7 zijn eigen programmeertaal, die bestaat uit verschillende onderdelen. De onderdelen worden in dit hoofdstuk toegelicht.

4.3.1 PCS7 Library

In het PCS7 programma zijn er vooraf geconfigureerde objecten die gebruikt kunnen worden voor het programmeren van een project. De geconfigureerde objecten kunnen meerdere keren gebruikt worden en houden dezelfde consistentie. Deze geconfigureerde componenten bevinden zich in de Master Data Library. De Master Data Library bevat de volgende objecten:

Blok types SFC types Tag types Modellen OS pictures OS rapporten

In de Master Data Library zijn er meerdere libraries inbegrepen: PCS7 Basis library (bevat de basis componenten)

PCS7 Library (bevat de meeste componenten)

CFC Library (bevat de Continuos Function Charts componenten) SFC Library (bevat de Sequential Function Charts componenten) RC Library (bevat de Route Control componenten)

(11)

6

4.3.2 Continuous Function Chart (CFC)

In de Continuous Function Chart (zie bijlage 5) wordt de structuur van de software ontworpen en naar de CPU gedownload. In de structuur kunnen vooraf geconfigureerde functie blokken worden gebruikt die uit de library/catalogus worden gehaald. Een CFC bestaat uit maximaal 26 Chart partities, elke partitie bestaat uit zes bladzijden. Chart partities zorgen ervoor dat functie blokken kunnen worden bijgevoegd, toegewezen en met elkaar worden verbonden. De functie blokken kunnen de volgende functies omvatten: closed loop controle bij een proces of het monitoren van de gemeten waarden. Voor dit project worden verschillende functieblokken gebruikt, hieronder enkele voorbeelden:

Op de functie blokken bevinden zich de ingangen aan de linker kant en de uitgangen aan de rechter kant. Verder kunnen er ook parameters worden ingesteld in de functie blokken. Alle klep functies zijn te vinden in een “Valve functie blok” en alle motor functies zijn te vinden in een “motor functie blok”.

4.3.3 Sequential Function Chart (SFC)

In de SFC (Sequential Function Chart) kunnen sequentiële controle systemen grafisch worden geconfigureerd en bestuurd. De SFC regelt de basis automatisering functies van CFC´s via een state diagram / flow chart. In de SFC chart worden configuraties uitgevoerd die de ingangen en uitgangen van CFC functie blokken besturen en controleren. In bijlage 6 wordt de werking van een SFC

weergegeven.

Een SFC bestaat uit stappen en condities. In de stappen worden de ingangen en de uitgangen van de CFC bestuurd en in de conditie worden de gemaakte stappen en parameters gecontroleerd om toegang te geven naar de volgende stap. SFC´s worden in een aantal tabbladen geconfigureerd die Sequencers worden genoemd. Er kunnen 8 Sequencers gebruikt worden en ieder Sequencer heeft zijn eigen geconfigureerde startconditie.

(12)

7

4.3.4 SFC types

SFC Type heeft hetzelfde structuur als een SFC met de sequentiële besturing. SFC types bieden het voordeel van hergebruik, omdat ze werken volgens het type instance concept. Eerst wordt de SFC type gecreëerd en vervolgens in een CFC chart gevoegd, dit wordt een SFC instance genoemd. De SFC instance kan in verschillende CFC charts worden hergebruikt. In bijlage 7 wordt de werking van het SFC type weergegeven.

De verschillen tussen een SFC en een SFC type zijn als volgt: SFC types kun je meerdere keren gebruiken in een CFC chart

In het SFC type kunnen waarden of setpoints later worden veranderd Het SFC type wordt bij alle SFC instance automatisch aangepast in de CFC.

Het SFC type wordt alleen beheerd in de Component View en niet in de Plant View. Het SFC type kan gebruikt maken van 32 sequencers

4.3.5 WinCC Explorer

WinCC explorer is een grafische weergave van elementen in het OS systeem. WinCC Explorer is het SCADA systeem van PCS7 en hiermee worden geautomatiseerde processen gecontroleerd. Het ontwerp onderdeel “Graphic designer” in WinCC Explorer beschikt over een Library die verschillende voorgedefinieerde grafische objecten bevat (zie bijlage 8). Ieder object kan direct aan een variabele of aan een object gekoppeld worden.

In WinCC Explorer is het ook mogelijk om een Faceplate te gebruiken. De faceplate bevat de

grafische weergave van alle elementen van een functie blok. De faceplate wordt weergegeven in een apart venster in de OS en wordt geopend via een blok pictogram zoals te zien is in het figuur hier onder.

Figuur 3 Blok pictogram

De functie “tag” zorgt voor de koppeling van ‘ingang, uitgang, en/of faceplate van de proces figuren in de Graphic designer’ en de ‘ingang/uitgang van functie blokken in de CFC chart’. Het ontwerp en configuratie die gemaakt zijn in de OS kunnen in de Runtime modus gevisualiseerd worden, zodat een operator het proces kan besturen en monitoren.

(13)

8

8 5. Route Control

Route Control (RC) is een onderdeel van het programma Siemens PCS7 en is geschikt voor het besturen en beheren van materiaal transportroutes. De routes kunnen vooraf gedefinieerd of automatisch bepaald worden door RC. RC wordt gebruikt in opslagsilo´s, tankerparken, CIP en materiaaltransport. Het programma biedt ook uitgebreide functies voor de diagnostiek van materiaal transport en de daarmee overeenstemmende berichten.

5.1 Route Control Server/Client

De Route Control Server zoekt naar een geschikt pad in de route netwerk. De server biedt de informatie voor een weergave van de routes en de elementen voor de Client. De Client en de server kunnen samen in een single station worden geïnstalleerd, maar bij grotere processen wordt

aangeraden om beide op aparte systemen te installeren. RC produceert berichten in de OS en dit gebeurt via functie blokken in de AS. Deze gaan via de server van RC. De berichten van RC zijn herkenbaar aan de letters “RCS” in het begin van de berichten.

5.2 Route Control interfaces

Voor het besturen van de PCS7 componenten via Route Control, wordt gebruikt gemaakt van Route Control interfaces. De interfaces worden in de CFC charts gekoppeld aan de desbetreffende functie blokken. Elke RC interface beschikt over zijn eigen functie. Sommige van de RC interfaces zijn gegroepeerd onder de naam “RC elementen”. In bijlage 9 worden de interfaces en RC elementen verder toegelicht.

5.3 Location en partial routes

Locations zijn virtuele elementen van het RC systeem die een proces in partial routes verdeeld. Location bestaat uit Ferment tank (FT), Lijn (L) en Opslagsilo (ST) deze worden in partial routes gebruikt tijdens het materiaal transport. Met andere woorden: het materiaal transport speelt zich af als een beginpunt (FT) een materiaal transporteert langs de lijn (L1) naar de eindbestemming (ST). In de enumeration folder van de Plant View in PCS7 wordt de location geconfigureerd.

Figuur 4 Partial route met location

Partial routes zijn deel routes van een proces die door de programmeur zijn gedefinieerd. Alle gebruikte RC elementen voor het materiaal transport worden toegewezen aan een partial route. Partial routes bestaat uit Source, Via en Destination. Partial routes worden gedefinieerd met behulp van location. Met andere woorden: het materiaal transport speelt zich af als een Source (FT) een materiaal transporteert Via (L1) naar de Destination (ST). Er kunnen vanaf het beginpunt naar de eindbestemming verschillende partial routes gebruikt worden, daardoor wordt aan ieder partial route een prioriteit gesteld. Partial routes worden in de equipment properties van de Plant View in de PCS7 project geconfigureerd.

(14)

9

9 5.4 Route Control Wizard

De Route Control Wizard zorgt voor het toewijzen van unieke componenten en de route ID. De RC Wizard zorgt voor de communicatieverbinding tussen de automatiseringsystemen die relevant zijn voor de Route Control en de RC server. De RC elementen, routes, locaties en de plant hiërarchie worden geëxporteerd naar de Route Control project. Een PCS7 OS server wordt in RC Wizard geselecteerd als de Message server voor de Route Control berichten.

5.5 Route Control Engineering

In de Route Control Engineering (RCE) worden partial routes gedefinieerd. Voor de configuratie van een partial route wordt een“mode table” gemaakt. Een mode table bestaat uit maximaal 32 modes, die in alle partial routes komen te staan. Met het activeren en deactiveren van de modes wordt het materiaal transport in de Runtime modus gecontroleerd. In een partial route worden de RC

elementen geplaatst en die worden bestuurd door modes via de “Mode Control Table”. De “Mode Control Table” kan de RC elementen besturen en controleren doormiddel van de volgende functies in de tabel: Symbool Betekenis a Activeren d Deactiveren ? Controle a? Activatie controle d? Deactivatie controle

Tabel 1 Mode control tabel in RCE

In bijlage 10 is een overzicht te zien van de RCE samen met de mode table, RC elementen, modes en “Mode Control Table”. In de RCE worden ook de materialen gedefinieerd. In de materiaal

configuratie krijgen de materialen een uniek ID en een opvolger lijst wordt gemaakt van de materialen. De opvolger lijst wordt gebruikt om contaminatie te vermijden tijdens het materiaal transport. Bijvoorbeeld als een pijpleiding is schoon gemaakt met caustisch oplosmiddel, moet dit daarna geneutraliseerd worden met water en mag er, voordat dat gebeurd is, geen product doorheen.

De routes kunnen in de offline modus “verify route” worden getest, met deze modus kan de kortste weg gekozen worden voor een materiaal transport. In de RCE kunnen de Partial Routes in de vorm van een CSV files worden opgeslagen. Het CSV bestand kan in Excel worden aangepast en terug naar de RCE worden geïmporteerd. In ieder partial route wordt het desbetreffende linking element die in de CFC charts gemaakt zijn, toegewezen. Na het configureren van alle routes met de bijbehorende elementen kunnen ze naar de server worden gedownload.

5.6 Route Control Center

Route Control Center (RCC) is de gebruikersinterface voor de operators van Route Control. De partial routes en materialen die in RCE zijn geconfigureerd, worden in de RCC geselecteerd en bestuurd. De operator kan tijdens de Runtime modus het materiaal transport regelen en de status hiervan monitoren. Door het monitoren van de status kan de operator een beschikbare route detecteren en ook de materiaal gegevens . Het besturen van het materiaal transport kan handmatig verricht worden in RCC of automatisch bestuurd worden via een SFC type. De gekozen route kan opgeslagen worden voor later gebruik. De opgeslagen route wordt Static Route genoemd.

In de Routes Log optie van RCC kunnen de “uitgevoerde materiaal transport” gegevens achterhaald worden. Uit deze gegevens is te achterhalen wanneer een actie uitgevoerd is, welke routes gebruikt zijn, welk materiaal getransporteerd is, enzovoorts. Route Log is weergegeven in een tabel en kan naar Microsoft Excel geëxporteerd worden.

(15)

10

10 5.7 Route Control operator dialog

De Route Control operator dialog is het overzicht van RC in de PCS7 OS. De Route Control operator dialog bestaat uit OS icons (Stoplicht-icon en Route blok icon) en een Faceplate.

5.7.1 OS icons

Het eerste onderdeel bestaat uit een stoplicht- icon. De stoplicht-icon is in de PCS7 OS geplaatst en geeft de status van een route weer. De stoplicht-icon geeft 4 statussen aan en heeft dezelfde werking als bij een verkeerslicht.

De Route blok icon is de instance van de functie block RC_IF_ROUTE. In de Route block icon worden alle statussen van de bovengenoemde functie block weergegeven. De naam van de route wordt aangegeven in de header van de blok icon. De status van de route wordt in gekleurde blokken weergegeven. In bijlage 11 wordt de betekenis van de twee icons verder toegelicht.

5.7.2 Faceplate

De faceplate wordt gebruikt voor het diagnosticeren en het handmatig besturen van routes. De faceplate start RCC op om de route te kiezen en de gekozen materiaal te transporteren. In de faceplate kunnen geen routes worden gekozen, maar dit gebeurd door RCC te openen. De RCC en de SFC type kunnen door voorgedefinieerde knoppen in de faceplate opgeroepen worden. De faceplate geeft de gekozen route en het materiaal weer die gebruikt moet worden in het transport.

De icons en de faceplate zorgen ervoor dat het materiaal transport in de OS wordt gecontroleerd en bestuurd, zodat de operator het materiaal transport beter kan volgen. Het transport kan ook via de CFC worden gecontroleerd, maar het is minder overzichtelijk dan een faceplate.

Figuur 5 Stoplicht-icon Figuur 6 Route block icon

(16)

11

11 5.8 Route Control met SFC

Route Control werkt in combinatie met SFC. Om de werking tussen de SFC en Route Control

overzichtelijker te maken, wordt in een schema hieronder weergegeven. Het schema wordt in twee onderdelen gesplitst, namelijk de Client en de AS.

5.8.1 Route Control en SFC (AS omgeving)

RC_IF_ROUTE activeert en krijgt feedback van de elementen die gebruikt worden in het PCS7

project. De RC_IF_ROUTE stuurt ook gegevens naar de blok symbolen die weergegeven worden in de OS. Voor het besturen van Route Control via een SFC, wordt het interface RC_IF_SFC blok gekoppeld aan het RC_IF_ROUTE blok. Het RC_IF_SFC werkt als een instance blok voor een SFC Type. Voor deze koppeling wordt ook het interfaces RC_IF_ENCODER blok en RC_IF_DECODER blok gebruikt. Als de noodzakelijk connecties in de CFC zijn geconfigureerd, worden de complete koppeling tussen de blokken automatisch gekoppeld door de SFC dialog box.

Het RC_IF_SFC blok stuurt 32 individuele binaire signalen naar de RC_IF_ENCODER blok. De 32 binaire signalen bestaan uit geconfigureerde routes van de RCE die door de RCC bestuurd worden. De RC_IF_ENCODER converteert het 32 binaire signaal in een 32 bit signaal en deze wordt naar het RC_IF_ROUTE blok gestuurd. Vanuit het RC_IF_ROUTE blok wordt een 32 bit signaal gestuurd naar de RC_IF_DECODER. De RC_IF_DECODER converteert het 32 bit signaal in een aparte 32 bit signaal die naar het RC_IF_SFC blok gestuurd wordt.

5.8.2 Route Control en SFC ( Client omgeving)

Zoals te zien is in figuur 7 worden de RC_IF_ROUTE gegevens naar het blok symbool gestuurd. Blok symbolen zijn de OS-icons en faceplate die in hoofdstuk 5.9 zijn toegelicht. De faceplate opent RCC en beschikt ook over een SFC dialoog, die de huidige status van de SFC weergeeft.

Figuur 8 Werking SFC met Route Control

(17)

12

12 6. Uitvoeringsaspecten

Voor het testen van het programma Route Control wordt gebruik gemaakt van een testcase. In dit hoofdstuk worden de verschillende fases van de testcase besproken. In het begin wordt er een basis testcase gemaakt en vervolgens wordt deze uitgebreid naar een complexere testcase.

6.1 Basis Testcase

De basis testcase bestaat onder andere uit een fermentatie kelder die verschillende materialen via een pompstation naar een opslag kelder transporteert. De kelders en het pompstation zijn door lijnen aan elkaar gekoppeld. Op deze lijnen bevinden zich het pompstation en verschillende kleppen. De basis testcase wordt bestuurd door een PLC en de configuratie hiervan wordt toegelicht in bijlage 12. De “fermentatie kelder” heeft twee “fermentatie tanks” en de “opslag kelder” heeft twee “storage tanks”. Het pompstation bevat twee pompen die materialen via de pijpleidingen transporteren. In figuur 10 wordt een overzicht van de basis testcase weergegeven.

Figuur 10 De basis testcase

In de “Plant View” van PCS7 wordt de hiërarchie van de basis testcase geconfigureerd. (zie bijlage 14). Alle tanks in de basis testcase beschikken over een capaciteitsniveau sensor, die de inhoud van de tanks controleert. Tussen de pijpleidingen liggen twee soorten kleppen, namelijk de standaard klep en de “double seated valves”. Een double seated valve heeft twee stroom lijnen. Wanneer de double seated valve niet geactiveerd is, transporteren deze stroom lijnen elk apart een materiaal. Na het activeren van de double seated valve komen deze twee stroom lijnen samen, waardoor de materialen samengevoegd worden.

Figuur 11 Double seated valve

In deze basis testcase wordt Route Control geïmplementeerd en alle beschikbare functies hiervan worden uitgeprobeerd. Voor deze afstudeeropdracht wordt de RC stapsgewijs in de basis testcase geïmplementeerd. Op deze manier wordt de basis testcase ook in de volgende paragraven

(18)

13

13 6.2 PCS7 Plant View configuratie

De hiërarchische folder die zich in “Plant View” bevindt, wordt in deze paragraaf besproken. De CFC charts in “Plant View” worden geconfigureerd met functieblokken en RC interfaces. De tanks, kleppen, pompen en lijnen van de basis testcase worden op basis van de volgende stappen geconfigureerd:

1. In de CFC chart van alle kleppen wordt het control element “RC_IF_VALVE” gekoppeld aan de functieblokken van de klep(zie bijlage 15)

2. In de CFC chart van de fermentatie tanks wordt het sensor element “RC_IF_SENSOR” gekoppeld aan de functieblokken van de sensor (zie bijlage 16)

3. In de CFC chart van de pompen wordt het control element “RC_IF_MOTOR” aan de motor van de functieblokken gekoppeld en het parameter element RC_IF_VOLUME wordt in de CFC chart geplaatst (zie bijlage 17)

4. In de “Proces cell” unit wordt de folder “RC_System” gemaakt, deze bevat de interface “RC_IF_CFG”

5. In de Line unit wordt de CFC chart “Route 1” gemaakt. In deze chart worden de interfaces “RC_IF_ROUTE”, “RC_IF_ENCODER” en “RC_IF_DECODER” vanuit de RC library in de chart geplaatst en geconfigureerd (zie bijlage 17)

6. In de Line unit worden de CFC chart “Route 2” en “Route 3” gemaakt. In deze charts worden de interfaces “RC_IF_ROUTE”, “RC_IF_ENCODER”, “RC_IF_DECODER” en de instance

“RC_IF_SFC” vanuit de RC library in de chart geplaatst en geconfigureerd (zie bijlage 18) In stap 6 wordt gebruikt gemaakt van een SFC instance. De SFC instance wordt geconfigureerd in het SFC type gelegen in het onderdeel “Component View” van PCS7.

6.3 Route Control SFC instance

Voor de configuratie van de SFC instance in de CFC charts “Route 2” wordt de SFC type chart in de “Component View “ geconfigureerd. De SFC type chart wordt automatisch gemaakt wanneer de SFC instance gebruikt wordt in de CFC chart. De SFC type “RC_IF_SFC” bestaat uit 9 geconfigureerde sequencers (IDLE, RESUMING, HOLDING, HELD, STOPPING, ABORTING, STARTING, RUN en

COMPLETING) die de SFC instance in “CFC chart Route 1” regelt. De relatie tussen de sequencers met de mogelijke transities wordt in figuur 12 weergegeven.

Figuur 12 Sequencer schema

Alle sequencers zijn vooraf gedefinieerd, behalve de sequencer “RUN”. In de “RUN” sequencer worden de geconfigureerde modes van RCE gestuurd. De sequencer “RUN” activeert de uitgangen “SP_M_#” en controleert de ingangen “AC_QM_#” van de instance “RC_IF_SFC”. De ingangen en uitgangen worden gekoppeld aan de individuele 32 binaire/bit signalen die zijn uitgelegd in hoofdstuk 5.9.1. De ingangen en uitgangen worden uitgevoerd op basis van een “stap/conditie” methode. Ook wordt op errors/fouten gecontroleerd. Een overzicht van de “RUN” sequencer samen met de geconfigureerde “stappen en conditie” wordt in bijlage 19 weergegeven. De

chararcteristics/eigenschappen van de SFC types worden voor het controleren van de SFC types en automatisering functies geconfigureerd (zie bijlage 20).

(19)

14

14 6.4 RC Wizard

RC Wizard wordt geopend na het configureren van de CFC charts en de SFC type. De RC Wizard is in PCS7 te vinden onder “option -> Simatic Route Control-> Wizard”. Na het uitvoeren van de RC Wizard worden de charts gecompileerd en gedownload naar de CPU. De RC server in de OS wordt gedownload naar de “Station Configurator Editor”. Na het uitvoeren van RC Wizard kan de basis test case geanalyseerd en gestructureerd worden voor het materiaal transport.

6.5 Basis testcase verdeling

De basis testcase verdelingsstructuur moet de gebruiker zelf definiëren en kan daarna in het Route Control programma geïmplementeerd worden. De basis testcase wordt in zes partial routes verdeeld. Deze zijn in figuur 12 aangegeven met 6 verschillende kleuren.

Figuur 13 Basis testcase verdeeld in partial routes

Iedere partial route krijgt een andere kleur toegewezen en iedere partial route bevat actuatoren en sensoren. Voor een overzicht van de verdeling wordt er een tabel gemaakt met de bijbehorende gegevens van de kleur verdeling.

6.6 Location

De Location wordt toegewezen aan een element dat in een partial route gebruikt wordt. De fermentatie tanks, de storage tanks en de lijnen krijgen een Location toegewezen. In de lijnen komen de kleppen die gedeeld worden met de Source en Destination.

Figuur 14 Configuratie Locations met tabel

De mogelijke Locations met toewijzing van een getal per location worden geconfigureerd in de “Location folder”. De “Location folder” wordt in de folder “Shared declarations” onder

“Enumerations” gemaakt. In de “Enumerations folder” worden de locations geconfigureerd en conform de value weergegeven in figuur 14.

Kleur Unit Folder (Plant View) Actuatoren en Sensoren Fermentatie tank 1 S1, V3, V4, V5, V6 Fermentatie tank 2 S2, V7, V8, V9, V10 Line 1 V1, V4, V8, V11, P2, V13, V16, V20, V23, V25 Line 2 V2, V5, V9, V12, P4, V14, V17, V21, V24, V26 Storage tank 1 S3, V15, V16, V17, V18 Storage tank 2 S4, V19, V20, V21, V22 Tabel 2 Gegevens Basis testcase

(20)

15

15 6.7 Equipment properties

Een “Equipment property” geeft een beginpunt, tussenpad en een eindbestemming weer voor het materiaal transport. “Equipment properties” worden toegewezen aan een partial route. De

Equipment properties: “Source” (beginpunt), “Line” (tussenpad) en “Destination” (eindbestemming) worden in de basis testcase gebruikt. De configuratie van de “Equipment properties” wordt in bijlage 21 verder toegelicht.

6.8 Samenhang location en equipment properties

Zoals te zien is in figuur 15 wordt de “Equipment property: Source” gekoppeld aan de “Location: FT1 of FT2. De “Equipment property: Destination” wordt gekoppeld aan de “Location: ST1 or ST2”. En de “Equipment property: Line” aan de “Location: L1 of L2”. Er moet altijd een Source, Line en

Destination gekozen worden met een toelaatbare Location.

Figuur 15 Schema materiaal transport met “Equipment property” en Locations

6.9 Prioriteiten

Een materiaal kan via twee lijnen getransporteerd worden, daarom moeten er tijdens het

configureren van een “partial route” prioriteiten worden opgesteld. In de bovenstaande figuur 15 worden de prioriteiten van de lijnen weergegeven. Prioriteiten kunnen van 1 tot en met 9999 variëren, waar waarde 1 het hoogste niveau is (minste kosten voor een transport).

6.10 Partial routes

In de partial routes worden koppelingen gemaakt tussen de locations. In figuur 16 is een schema te zien met de partial routes tussen de locations.

Figuur 16 Partial routes met tabel

De partial routes kunnen met de bovengenoemde instelling in Route Control Engineering worden geïmplementeerd. De configuratie van de partial routes wordt stapsgewijs in het volgende subhoofdstuk toegelicht.

Partial route Betekenis

FT1_L1 Fermenting tank 1 naar lijn 1 FT1_L2 Fermenting tank 1 naar lijn 2 FT2_L1 Fermenting tank 2 naar lijn 1 FT2_L2 Fermenting tank 2 naar lijn 2 L1_ST1 Lijn 1 naar Storage tank 1 L1_ST2 Lijn 1 naar Storage tank 2 L2_ST1 Lijn 2 naar Storage tank 1 L2_ST2 Lijn 2 naar Storage tank 2

(21)

16

16 6.11 Route Control Engineering

De gegevens van de gedefinieerde partial routes, die gemaakt zijn in hoofdstuk 6.10, worden in RCE geïmplementeerd. Voor de partial routes wordt een mode table “Transfer” gemaakt die zeven geconfigureerde modes bevat. De mode table “Transfer” wordt gemaakt in de folder “Mode tables”. In de rechter scherm van de mode table “Transfer” worden de 7 modes geconfigureerd, zoals de figuur hierbeneden.

Onderaan in het linkerscherm van figuur 18 in de “Transfer” folder, worden de partial routes gemaakt (1). De partial routes worden geconfigureerd (2) met de desbetreffende prioriteit, Source en Destination. In het linkerscherm bovenaan worden de desbetreffende elementen folders (3) geopend. Het element wordt geplaatst in de partial route element lijst (4).

Figuur 18 configuratie partial routes en elementen in RCE

Na het configureren van de elementen wordt het tabblad “Modes” geopend. In het tabblad “Modes” bevindt zich de Mode Control Table (figuur 19) waar de elementen worden geconfigureerd. De configuratie gegevens van de “Mode Control Table” worden in bijlage 22 weergegeven.

Figuur 19 Mode Control Table

Na het configureren van de partial routes worden de routes bepaald in de offline modus. Dit wordt in de “Route verification” uitgevoerd.

(22)

17

17 6.12 Verify Routes configuraties

In de “Route Verification” kunnen de routes in de “Offline modes” gekozen worden. In de “Route Verification” wordt de mode table gekozen (1). De gewenste Source, Destination en Via worden gekozen in de “drop-down” lijst (2). Alle mogelijke partial routes komen in het resultaat scherm (4) te staan. De kortste route wordt weergegeven in het resultaat scherm door het aanvinken van “Find shortest route” (3). In het onderste scherm van figuur 15 worden alle elementen van de gekozen route weergegeven (5).

Figuur 20 Route Verification

6.13 Linking elementen

Voor de controle van de materialen wordt in de “Proces cell” unit een CFC chart gemaakt met de naam “Material”. In deze charts worden de linking elementen “RC_IF_LE” geconfigureerd. Voor elke partial route is er een linking element geconfigureerd in de “Material” CFC chart (zie bijlage 23). Elke linking element krijgt een identieke ID. De linking elementen worden per partial route geplaatst in RCE.

6.14 Materiaal configuratie

De materialen die voor de testcase geconfigureerd worden in de Material Configuration zijn: Raw Material, Product, Cleaner en Water. De materialen zijn gegroepeerd en een ID is toegewezen voor ieder materiaal. De opvolgerlijst, waarmee compatible en incompatible materialen in een lijn geconfigureerd worden, wordt in de “Material successor” geconfigureerd. De configuratie gegevens voor de materialen zijn in bijlage 24 aangetoond.

6.15 Gelijktijdige routes

Twee fermentatie tanks kunnen naar dezelfde Storage tanks materiaal transporteren, doormiddel van het gebruiken van dezelfde partial routes. Het tegelijkertijd transport via dezelfde partial routes is mogelijk door twee routes te gebruiken met dezelfde Function ID. De function ID worden in de “Shared folder” van Plant View geconfigureerd.

6.16 Route Control Center: Handmatige en automatische besturing

In RCC wordt in de “mode table”, materiaal, Source, Via en Destination geselecteerd om “Route 1” handmatig te kunnen besturen (zie bijlage 25). Na de selectie wordt de route opgestart en de modes kunnen handmatig geactiveerd worden. Voor de automatische besturing van RCC, wordt een SFC faceplate gemaakt in WinCC Explorer. Doormiddel van de SFC faceplate worden de partial routes en het materiaal gekozen. Door op start te drukken wordt RCC automatisch bestuurd door het

(23)

18

18 6.17 WinCC Explorer

In WinCC Explorer wordt de basis testcase gevisualiseerd. De visualisatie wordt uitgevoerd in de Graphic Designer in WinCC Explorer. De tanks, sensoren en pijpleidingen worden uit de library gehaald en worden getagged aan de juiste parameter. Voor de kleppen zijn block icons gemaakt en voor de routes zijn faceplates toegewezen. De uitgebreide configuratie van de basis test case in WinCC Explorer wordt in bijlage 26 toegelicht. In de faceplate van de SFC route worden de partial routes en het materiaal geselecteerd. In de faceplate van de Routes kan het materiaal transport worden gecontroleerd. In de Route faceplates kan RCC en het SFC dialoog scherm worden geopend.

6.18 Uitbreiding testcase

Voor het inschatten van de impact van Route Control op de hoeveelheid benodigde engineering wordt de testcase uitgebreid. De testcase wordt uitgebreid met 1 fermentatie tank, 3 storage tanks en 2 lijnen. Voor de complexiteit van de uitbreiding wordt het materiaal langs 2 lijnen

getransporteerd naar Storage tank 5. In bijlage 27 wordt de Plant View hiërarchie van de uitgebreide testcase weergegeven.

Om de partial routes te kunnen configureren in RCE, wordt de uitgebreide testcase verdeeld in kleuren (zie bijlage 28). De extra units in de uitgebreide testcase worden aan een location

toegewezen met een value. Met de toegewezen Location worden partial routes gedefinieerd voor de “uitgebreide testcase” (zie bijlage 29). Met de gegevens van de location en partial routes worden de configuraties voor de “uitgebreide testcase” uitgevoerd in PCS7, Route Control en WinCC Explorer (zie bijlage 30).

In de visualisatie van de “uitgebreide testcase” (zie figuur 21) zijn alle mogelijke tests uitgevoerd voor het materiaal transport. Aan de hand van de testgegevens en configuratiegegevens worden resultaten naar voren gebracht in het volgende hoofdstuk.

(24)

19

19 7. Resultaten

In dit hoofdstuk worden de resultaten tijdens de configuratie van de testcase met Route Control naar voren gebracht.

7.1 Configuratie gegevens van de testcase

Tijdens het configureren van de testcase in Plant View en WinCC zijn de gebruikte gegevens in een tabel bijgehouden (zie bijlage 31). In de tabellen worden per tank en lijn de gebruikte componenten weergegeven. Aan de hand van de tabellen kunnen de engineeringuren en kosten worden bepaald voor Route Control.

7.2 Route Control configuratie en Conventionele configuratie in PCS7

In dit gedeelte wordt het verschil tussen een Route Control configuratie en een conventionele configuratie geanalyseerd. In de Route Control configuratie wordt een klep geconfigureerd met vijf functieblokken en met een aantal koppelingen, zoals te zien in figuur 22.

Figuur 22 Conventionele configuratie en Route Control configuratie van een klep

Bij de configuratie van de klep in Route Control wordt één extra functieblok (RC_IF_VALVE) gebruikt ter vergelijking met de conventionele configuratie. Door dit extra functieblok moeten meerdere koppelingen worden uitgevoerd.

Bij de configuratie van de tanks en pompen is ook gebleken dat er maar één extra functieblok wordt gebruikt bij de Route Control configuratie vergeleken met de conventionele wijze. Zoals te zien zijn de configuraties van de kleppen, tanks en de pompen bij een “Route Control configuratie” of bij een “conventionele configuratie” niet veel verschillend.

(25)

20

Om de beschikbaarheid en prioriteit van de routes te kunnen bepalen wordt bij Route Control gebruikt gemaakt van Route Control Engineering. Met Route Control Engineering moeten de routes niet doormiddel van logica blokken worden bepaald, zoals het in de conventionele wijze wordt uitgevoerd. Per gelijktijdige route zullen echter alle mogelijke routes uitgecodeerd moeten worden voor controle van de status en bepaling van de prioriteit (keuze van de meest gunstige route). Het aantal mogelijke routes wordt bepaald met (er vanuit gaande dat alle tanks op alle route

mogelijkheden aangesloten worden):

Aantal routes = # Source tanks * # Lijn 1 * # Lijn 2 * # Lijn.. * # destination tanks

Aan de hand van deze formule kan in de conventionele wijze het aantal routes worden bepaald en hierdoor kan een schatting worden gedaan van de engineeringuren die nodig zijn voor het

configureren van routes in de conventionele wijze.

7.3 Beperkingen en licentie kosten

Route Control heeft een aantal beperkingen en licentie kosten die een project kunnen beïnvloeden. In dit gedeelte worden de beperkingen en de licentiekosten weergegeven.

Het Route Control programma kan niet gesimuleerd worden via PLCSIM. Voor een interne test moet de CPU aangeschaft worden

Route Control werkt alleen op de volgende duurdere CPU systemen: o CPU 416-3

o CPU 417-4 o CPU 417-4H

In Route Control is er een aantal maximaal range voor bepaalde uitvoering:

Uitvoering Maximaal aantal

Tegelijkertijd materiaal transport (Bij de meest uitgebreide licentie) 300 Partial routes dat in een project gebruikt kan worden 64.000 Modes dat gebruikt kan worden in Route Control Engineering 32 Mode tables dat gebruikt kan worden 64.000 Locations dat gebruikt kan worden 64.000 Mogelijke AS voor RC_IF_CFG dat in een RC project gebruikt kan worden 32

Control elementen 1024

Sensor elementen 1024

Linking elementen 1024

Parameter elementen 1024

VIA´s die gebruikt kunnen worden voor materiaal transport 10 Tabel 2 Maximale functies met Route Control

De kosten voor Route Control licenties:

Licenties Prijs in euro

Route Control Engineering 4200,- Route Control Center 1400,- Route Control server 1500,- Licentie voor 10 route 500,- Licentie voor 50 route 2200,- Tabel 3 Licenties voor Route Control

(26)

21

21 7.4 Bepaling engineeringtijd en kosten

Met de configuratie gegevens van de gebruikte componenten in de testcase en de Route Control licenties kunnen de engineeringuren en kosten voor Route Control bepaald worden.

In Microsoft Excel wordt een “Route Control configuratie” lijst gemaakt met het aantal gebruikte componenten voor het configureren en uitbreiden van de testcase. Voor de units, lijnen, pompen, kleppen, routes, WinCC, materiaal, SFC type en partial route is een invoegschema gemaakt.

Door het invullen van dit schema worden het aantal gebruikte Route Control componenten bepaald. Aan de hand van de gebruikte componenten wordt een opsomming gemaakt van de

engineeringuren en hieruit kunnen de totale engineeringkosten worden bepaald voor een project.

(27)

22

Aan de hand van de vergelijkingen tussen een “Route Control configuratie” en een “conventionele configuratie” samen met de formule voor de routes in de conventionele wijze, kunnen de

engineeringuren en de kosten van een conventionele configuratie worden bepaald.

In hetzelfde Excel document voor de “Route Control configuratie” wordt een nieuwe sheet gemaakt voor de conventionele configuratie. In de Excel sheet wordt hetzelfde invulschema gebruikt zoals bij de “Route Control configuratie”. De onderscheiding ligt in de partial routes en de “RC_IF_ROUTE”, die niet meegerekend worden in de conventionele wijze. Voor de Source, Destination, Valves, Lijnen, Pompen, WinCC, materialen en SFC type worden verschillende engineeringuren bepaald vergeleken met een “Route Control configuratie”.

7.5 Vergelijking resultaten

Er worden twee situaties gesteld voor de testcase en deze worden in de Excel sheet ingevuld. Bij de eerste situatie worden drie Source tanks en vijf Destination tanks gebruikt en bij de tweede situatie worden 10 Source tanks en 10 Destination tanks gebruikt. Alle andere gebruikte componenten voor de testcase zijn in beide situaties hetzelfde gebleven.

Figuur 24 Resultaten eerste situatie

Figuur 25 Resultaten tweede resultaten

In de eerste situatie is Route Control duurder uitgekomen dan de conventionele engineering van een oplossing. Bij de tweede situatie is Route Control voordeliger uitgekomen dan de conventionele engineering van een oplossing. Uit de twee resultaten is gebleken dat het gebruik van Route Control afhankelijk is van het soort project.

(28)

23

De kosten van de Route Control configuratie en de conventionele configuratie worden grafisch weergegeven in drie grafieken. De totale kosten per component worden in beide configuraties bepaald in de eerste twee grafieken. Bij de laatste grafiek zijn de kosten voor het configureren van de routes in de conventionele wijze grafisch weergegeven.

Grafiek 1 Kosten Route Control configuratie

Grafiek 2 Kosten conventionele configuratie

(29)

24

24 8. Conclusies

In dit hoofdstuk worden de conclusies van dit verslag beschreven.

Uit de resultaten blijkt dat het aantal software componenten (en dus ook de benodigde

engineeringtijd) lineair oploopt met het aantal tanks, kleppen, lijnen, gelijktijdige routes. Bij een conventionele oplossing zal een deel van het effort lineair oplopen (configuratie van de tanks, kleppen, pompen). Per gelijktijdige route zullen echter alle mogelijke routes uitgecodeerd moeten worden voor controle van de status en bepaling van de prioriteit (keuze van de meest gunstige route). Het aantal mogelijke routes wordt bepaald met (er vanuit gaande dat alle tanks op alle route mogelijkheden aangesloten worden):

Aantal routes = # Source tanks * # Lijn 1 * # Lijn 2 * # Lijn.. * # destination tanks

Dit gaat dus niet lineair maar met de 4e of 5e macht omhoog (afhankelijk van de complexiteit). Deze formule geeft voor flexibele installaties ook inzicht in hoe het een en ander geschat kan worden. Bij grotere installaties kan het toevoegen van een volledige koppeling van een tank bijvoorbeeld weken werk kosten als het op de conventionele wijze gedaan wordt(zie formule hierboven), terwijl het met Route Control slechts enkele dagen kan kosten.

Door het invullen van de “Route Control configuratie” Excel sheet wordt er bepaald of de kosten van Route Control de conventionele engineering manier overtreft. Hierdoor kan er snel een beslissing genomen worden of Route Control geschikt is voor het project.

Uit de resultaten van de “Route Control configuratie” is gebleken dat er meer engineeringuren worden besteed bij het configureren van de route functieblokken en het aantal gebruikte SFC types. Dus het hangt af van het aantal materialen dat de klant tegelijkertijd wil transporteren tijdens het proces. Verder hangt het ook af van de complexiteit van de “route configuraties” waar meerdere “SFC type” gebruikt moeten worden. Bij een Route Control configuratie waar meerdere lijnen tussen het beginpunt en de eindbestemming van het materiaal transport worden gebruikt, zal deze meer engineeringtijd eisen om via Route Control te sturen.

De exacte uren hangen van de complexiteit van de processen en van de vraag van de klant af. Een klant kan bijvoorbeeld een vraag hebben waarbij hij alleen de status van een aantal routes wil bewaken en niet zozeer de meest optimale route wil kiezen (die selecteert hij zelf wel, bijvoorbeeld met recepten). Een gedeelte van de Route Control functionaliteit hoeft dan niet meegenomen te worden in de vergelijking met een conventioneel oplossing. De engineeringuren bij een Route Control configuratie blijken minder te zijn dan bij een conventionele wijze, maar met de

licentiekosten komen de totale kosten bij een Route Control configuratie in sommige situaties hoger uit dan bij de conventionele wijze.

Het aanschaffen van Route Control kan duurder zijn, maar als de klant in de toekomst zijn proces wil uitbreiden, dan kan Route Control goedkoper uitkomen. Bij grotere processen met veel opslagsilo´s zal Route Control geschikt zijn, want de engineeringuren die worden besteed in de conventionele wijze worden heel hoog, met gevolg dat de totale kosten vergeleken met Route Control heel duur worden. Deze Excel lijst is een goed bruikbare tool voor M+W Process Automation, waarmee inschattingen gemaakt kunnen worden in een vroeg stadium van projecten.

Concluderend is dat het afhangt van de eisen van de klant en de complexiteit van het proces welke wordt geconfigureerd. Door de Excel lijst in te vullen wordt er beslist of het project uitgevoerd wordt op de conventionele wijze of door Route Control.

(30)

25

25 Literatuurlijst

Siemens Simatic (2009). Process Control System PCS7 Getting Started V7.1. Duitsland: Siemens

Siemens Simatic (2009). Process Control System PCS7 First steps V7.1. Duitsland: Siemens

Siemens Simatic (2010). Process Control System PCS7 Simatic Route Control Getting Started. Duitsland: Siemens

Siemens Simatic (2010). Process Control System PCS7 Simatic Route Control V7.1 SP2 Programming And Operating Manual.

Duitsland: Siemens

Siemens Simatic (2009). Process Control System PCS 7, SFC for SIMATIC S7 Programming and Operating Manual.

Duitsland: Siemens

Siemens Simatic (2009). Process Control System PCS 7, SFC Visualization. Duitsland: Siemens

Siemens Simatic (2009). Process Control System PCS 7, SFC Visualization Programming and Operating Manual.

Duitsland: Siemens

Elling, R. (2004). Rapportagetechniek. 3e dr. Groningen: Wolters-Noordhoff

(31)

26

26 Bijlage 1 Project Management Document

In deze bijlage wordt de PMD weergegeven.

PROJECT MANAGEMENT DOCUMENT

Project: PCS7 & Route Control

Versie: 1.0

Startdatum: 01-02-2012 Einddatum: 22-06-2012

Akkoord Bedrijf Akkoord Hogeschool Opsteldatum: 20-02-2012 Student: Jerald Kelly Studentnr: 2005413 Opleiding: Elektrotechniek

(32)

27 0. Uitvoeringsgegevens

Bedrijfsgegevens: M+W Process Automation Charles Petitweg 37-12 4827 HJ Breda

Tel: +31 (0) 765 876738

Bedrijfsbegeleiding: Albert van Dijk Senior Engineer

Albert.vandijk@mwgroup.net Tel: 076-5879257

Mob: 065 145 4367

Onderwijsinstelling: Avans Hogeschool

Academie voor Technologie en Management Lovensdijkstraat 61-63

4818AJ Breda

Schoolbegeleiding: Harry Voermans

haa.voermans@avans.nl

Student: Jerald Kelly

Pasteurstraat 64 5017KN Tilburg

jerald_kelly@hotmail.com Tel: 0138508343

(33)

28 Inhoudsopgave

1 Situatiebeschrijving ... 29 1.1 Bedrijfskarakteristiek(branche, geschiedenis, financiën, organisatie). ... 29 1.1.1 M+W Process Automation en de M+W Group………..29 1.1.2 Geschiedenis………..29 1.1.3 Organisatiemodel………29 1.2 Producten en diensten ... 30 1.2.1 Producten……….30 1.2.2 Diensten………30 1.3 Markten ... 31 1.4 Core values ... 31 1.5 Probleemstelling van het project ... 32 1.6 Afbakening project (systeemgrenzen) ... 32 2 Doelstelling ... 33 3 Relevante documenten ... 34 4 Werkzaamheden ... 35 4.1 Beginfase ... 35 4.2 Voorbereidingsfase ... 35 4.3 Ontwerpfase ... 36 4.4 Conclusiefase ... 36 4.5 Nazorgfase ... 36 5 Eisen (randvoorwaarden) ... 37 5.1 Externe voorwaarden ... 37 5.2 Functionele eisen ... 37 5.3 Bedrijfseigen beperkingen ... 37 5.4 Risico’s ... 37 6 Kwaliteitsbewaking ... 38 6.1 School bewaking ... 38 6.2 Bedrijfsbewaking ... 38 7 Tijd (planning) ... 39 8 Geld ... 40 9 Organisatie ... 41 10 Informatie ... 43 11 Bijlage 1: Strokenplanning ... 44

(34)

29

29 1. Situatiebeschrijving

1.1 Bedrijfskarakteristiek(branche, geschiedenis, financiën, organisatie).

In de bedrijfskarakteristiek zal de branche, geschiedenis, financiën en organisatie van het bedrijf M+W Process Automation worden toegelicht.

1.1.1 M+W Process Automation en de M+W Group

M+W Process Automation maakt onderdeel uit van de M+W Group. De hoofdvestiging van M+W Group is gevestigd in Ludwigshafen am Rhein in Duitsland. Er zijn in totaal 29 regionale kantoren in Europa en Azië. De hoofdvestiging van M+W Process Automation Benelux ligt in Melsele met twee vestigingen in Breda en Wavre. M+W Process Automation heeft circa 650 engineers, waarvan circa 120 in de Benelux kantoren werken.

1.1.2 Geschiedenis

De firma Lang und Peitler (LuP) is opgericht in 1986 en na een exponentiële groei is de firma

overgenomen door M+W Zander in 2002. LuP heeft zijn eigen naam behouden en heeft later in 2003 het Belgische bedrijf Solid System Solutions (S3) overgenomen. Ook S3 heeft zijn eigen naam

behouden en heeft kantoren geopend in Wavre en Breda. Verder expandeerde Lup met kantoren in Europa en Azië.

Lup en S3 hebben zich doorontwikkeld waardoor er niet alleen software wordt geïmplementeerd, maar ook hardware ontwerp, informatiesysteem Manufacturing Execution System (MES) en automatiseringssysteem Process Control Systems (PCS). Samen met M+W Group worden projecten verworven in Farmaceutische, Semiconductor, Voedings- en Genotmiddelen en de Automotive industrie. In 2010 hebben alle bedrijfsonderdelen van de M+W Group, waaronder Lang und Peitler en S3 een naamsverandering ondergaan waardoor M+W Process Automation is ontstaan als Automatiseringstak binnen de M+W Group.

Het kantoor M+W Process Automation in Breda is opgericht in 2006 en is strategisch gelegen in de nabijheid van de klanten op de Zeeuwse Eilanden, (West) Brabant, Moerdijk en het Rotterdams havengebied.

1.1.3 Organisatiemodel

M+W Group heeft in totaal 4500 werknemers. In 2009 hadden ze een omzet van meer dan 1,7 miljard Euro. De onderneming kent vier business units:

• Facillity Solutions, hoofdzakelijk actief in het realiseren van projecten in clean room omgevingen • Product Solutions, producent van clean room systemen en producten

• Process Solutions, met als sub- onderdelen Process Automation en Process Industries.

(35)

30

30 1.2 Producten en diensten

In dit hoofdstuk worden de producten en diensten die behoren bij het bedrijf M+W Process Automation toegelicht.

1.2.1 Producten PLC systemen

M+W Process Automation heeft expertise met verschillende PLC systemen en biedt de klant advies en automatiseren daarvan. De PLC systemen waarvoor M+W Process Automation zijn diensten voor aanbieden zijn:

Siemens - Step 7

Allen Bradley - ControlLogix Mitsubishi

ABB Pilz Hima HMI

Voor het controleren van een proces wordt gebruikt gemaakt van een HMI systeem

(gebruikersinterfaces). M+W Process Automation biedt ook advies en programmering van de volgende systemen aan hun klanten:

Siemens WinCC Schneider Citect Wonderware DCS

Voor het beheren, controleren, sturen en visualiseren van een proces wordt er een DCS systeem (Distributed Control System) gebruikt. M+W Group biedt ook zijn expertise in deze richting met de volgende producten:

Siemens PCS7 + Route Control ABB 800xA/ Freelance

Emerson DeltaV

De volgende DCS systemen worden vooral gebruikt in continu bedrijven die geen storingen mogen ervaren. De gevolgen van een storing kunnen geld kosten en schade veroorzaken aan de assets. Honeywell-Experion

Yokogawa – Cetum VP Invensys – Foxboro I/A 1.2.2 Diensten

M+W Process Automation adviseert bedrijven op het gebied van automatiseren en het programmeren van PLC, DCS en HMI systemen. Het bedrijf kan als de klant het wil ook de producten aanbieden en de hele assemblage uitvoeren.

(36)

31

31 1.3 Markten

M+W Process Automation is in Nederland actief in de markten Olie & Gas, (petro) Chemie, Pharma, Food & Bevarage. In deze markten past het bedrijf grotendeels DCS systemen toe. Van de meeste DCS systemen is het bedrijf een partner van wederverkopers met meerwaarde. Het bedrijf is niet alleen gericht op de producten, maar vooral op het verstrekken van diensten aan zijn klanten.

1.4 Core values

M+W Process Automation heeft 6 core values waarnaar ze streven, met als doel een goede relatie met klanten en medewerkers op te bouwen. Deze worden in dit hoofdstuk weergegeven.

(37)

32

32 1.5 Probleemstelling van het project

De probleemstelling van dit project wordt in dit gedeelte toegelicht.

Wanneer is het Route Control programma van Siemens het beste om toe te passen in industriële processen?

Route Control is een onderdeel van het programma Siemens PCS7 en is geschikt voor het besturen en beheren van materiaal transportroutes. De routes kunnen voorgedefinieerd worden of

automatisch bepaald worden door Route Control. Route Control wordt gebruikt in opslagsilos, tankerparken, CIP en materiaaltransport.

1.6 Afbakening project (systeemgrenzen)

Voor dit project wordt gebruikt gemaakt van het software Siemens PCS7 V7.1. De uitvoerder zal met de basis van PCS7 en WinCC werken.

De uitvoerder zal vooral bezig zijn met Route Control en programmeren van CFC programma’s en SFC programma’s in de software PCS7 van Siemens.

De uitvoerder zal een single station demo project bouwen (testcase) De testcase wordt beheerd door Route Control.

(38)

33

33 2. Doelstelling

De doelstelling van de afstudeeropdracht PCS7 & Route Control wordt in dit hoofdstuk toegelicht. Met de PCS7 & Route Control afstudeeropdracht beoogt M+W Process Automation meer kennis te verkrijgen van de toepassingscriteria voor Route Control en tevens praktische ervaring met het systeem. De Route Control kan worden toegepast bij op- en overslag terminals.

Aanvullend wil het bedrijf inzicht krijgen of er toepassingen gevonden kunnen worden bij de behoefte van industrieën om zo in de processen meer flexibiliteit te brengen. Verder moet er naar de voordelen en de beperkingen van het systeem gezocht worden.

Om de doelstelling te kunnen bereiken, worden mijlpalen (subdoelen) geïmplementeerd: 8. Het constateren van de randvoorwaarden, eisen en plan van aanpak van de

afstudeeropdracht en het opstellen van een PMD.

9. Het configureren en gebruiken van de basis functies van het Siemens PCS7 systeem. 10. Het configureren en gebruiken van Route Control programma.

11. Een demo project (testcase) ontwerpen op het gebied van op- en overslag terminals (het tankerpark in Rotterdam).

12. Het demoproject kunnen sturen en controleren via Route Control.

13. Het kunnen benoemen van toepassingscriteria voor het programma Route Control.

14. De kennis met het programma Route Control verspreiden onder de medewerkers van M+W Process Automation.