Zastosowanie wielofunkcyjnej symulacji dynamicznej jako standardu projektowego może pomóc w wizualizacji interakcji sterowania i jego wstępnej regulacji, jak również w radzeniu sobie z wyzwaniami pojawiającymi się na późniejszych etapach projektu, łącznie z końcowym uruchomieniem instalacji. Symulacja stanowi też część Przemysłowego Internetu Rzeczy (IIoT).
Modele symulacji dynamicznej mogą być opracowywane wraz z projektami zakładów oraz ewoluować w czasie realizacji projektu, wspomagając każdy etap procesu, od projektu do działania:
1. Projekt: w celu przetestowania opłacalności i funkcjonalności projektu budowany jest model wstępny. Symulatory statyczne używane tradycyjnie na tym etapie dostarczają podstawowych informacji, jednak nie obejmują ważnych szczegółów dotyczących funkcjonowania i sterowania.
2. Konfiguracja rozproszonego systemu sterowania (DCS) i programowalnego sterownika logicznego (PLC): implementacja logiki sterowania na platformie wybranej przez klienta jest sprawdzana z użyciem symulatora dynamicznego. Na tym etapie model zapewnia sterowanie wszystkimi wymaganymi wejściami i wyjściami.
3. Uruchomienie: po sprawdzeniu konfiguracji sterowania scenariusze uruchomienia mogą zostać przetestowane w symulatorze dynamicznym bez ryzyka strat związanych z produkcją lub zwiększenia przestojów, zapewniając funkcjonowanie zakładu. Operatorzy mogą rozpocząć szkolenie na długo przed zakończeniem budowy zakładu.
4. Działania: na tym etapie model stanowi pełne, dokładne odwzorowanie zakładu i może być wykorzystany jako narzędzie szkoleniowe oraz stanowisko testowe w celu modyfikacji zakładu.
Wartość symulacji dynamicznej w projektowaniu sterowania
Tradycyjnie logika sterowania jest testowana za pomocą prostych testów pętli zwrotnej, które polegają na powiązaniu wyjścia pętli sterowania z wejściem, zazwyczaj poprzez dodanie niektórych wyrażeń tak, aby uwzględnić opóźnienie procesu i kierunek zmiany. Pętle sterowania są testowane indywidualnie i bardzo trudno jest opracować wyrażenia opisujące fizyczny proces, w którym mogą działać dwie pętle sterowania.
Symulacja dynamiczna jest często dodawana do projektu w celu skierowania uwagi na ograniczenia związane z prostymi testami pętli. Logika sterowania, stworzona w PLC lub DCS, jest powiązana z modelem symulacji dynamicznej, który generuje dane wejściowe dla systemu sterowania oraz ocenia reakcję sterowania. Okazało się to opłacalnym sposobem testowania sterowania przed uruchomieniem, co zazwyczaj skutkuje krótszym czasem uruchamiania i rozruchu.
Zazwyczaj w ramach stosowania symulacji dynamicznej w celu przeprowadzenia kontroli sterowania dostępne są trzy podejścia – symulacja wstępna, symulacja średniej dokładności i symulacja szczegółowa, z których każda ma swoje zalety i wady.
Stosowanie dynamicznej symulacji na etapie projektu sterowania może być metodą weryfikacji koncepcji ukierunkowaną na zatwierdzenie strategii sterowania, podczas gdy jej realizacja w kodzie sterowania jest testowana podczas kolejnych etapów kontroli sterowania. W ten sposób unika się kosztownego przepisywania kodu sterowania oraz korygowania schematów logicznych i dokumentacji.
Stosowanie symulatora dynamicznego
Każdy proces, który można dokładnie modelować w symulatorze dynamicznym, nadaje się do takiej analizy. Jedynym wymogiem jest to, aby symulator posiadał kompletne biblioteki, które mogą modelować proces i sterowanie, oraz stanowił odpowiednio precyzyjne rozwiązanie generujące odpowiedni zestaw danych.
Symulacja dynamiczna stosowana w celu strategii walidacji układów sterowania jest z powodzeniem używana w wielu branżach, między innymi związanych z wydobyciem gazu i ropy naftowej oraz ciekłego gazu ziemnego, systemami parowymi i użytkowymi, kopalniami, rafineriami i systemami pochodni.
Autorzy: Andres Lipinski jest starszym konsultantem ds. badań nad symulacją dynamiczną w firmie Schneider Electric. Dr Ian Willetts jest globalnym dyrektorem ds. przeprowadzania symulacji i szkoleń w firmie Schneider Electric Simsci.