Operator-Trainingssysteme Verschiedenste Anlagensituationen individuell und gefahrlos trainieren

Autor / Redakteur: Dipl.-Ing. Michael Schüler / Dr. Jörg Kempf

Immer mehr Unternehmen setzen auf Operator-Trainingssysteme. Und das nicht ohne Grund: An ihnen lassen sich alle Betriebszustände einer Anlage virtuell durchexerzieren. So hat das Personal die Anlage jederzeit im Griff, kann sie nahe am Optimum fahren und ist für etwaige Störungen bestens gerüstet. Das steigert die Produktivität, senkt die Ausfallzeiten und verbessert die Qualität.

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In Raffinerien und bei Ölplattformen sind Operator-Trainingssysteme schon lange im Einsatz. Nun sind sie auch in der Chemie immer stärker im Kommen. (Bilder: Siemens)
In Raffinerien und bei Ölplattformen sind Operator-Trainingssysteme schon lange im Einsatz. Nun sind sie auch in der Chemie immer stärker im Kommen. (Bilder: Siemens)
( Archiv: Vogel Business Media )

Bevor ein Pilot ein Flugzeug fliegt, hat er zahlreiche Stunden in einem Flugsimulator verbracht. Eine vergleichbare Trainingsmöglichkeit gibt es auch für die Prozessindustrie: Ein Operator-Trainingssystem (Operator Training System, OTS) ist nichts anderes als ein Flugsimulator für chemische Anlagen.

In Raffinerien und bei Ölplattformen sind solche Systeme schon lange im Einsatz. Nun sind sie auch in der Chemie immer stärker im Kommen. Zum einen entstehen immer mehr Anlagen in Ländern, in denen der Ausbildungsstand des Personals nicht so hoch ist wie in Europa. Zum anderen ist die Technik inzwischen so weit, dass sich selbst komplexe Modelle in Echtzeit rechnen lassen.

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An einem Trainingssimulator können sowohl Anlagenfahrer als auch Betriebsingenieure und Produktentwickler ausgebildet werden. Je nach Bedarf kann man verschiedenste Aufgaben, wie Startup, Shutdown oder Produkt- und Lastwechsel, trainieren und unterschiedlichste Fragestellungen untersuchen. Dadurch kann das Personal schon vor der Inbetriebnahme das Bedienen der Anlage erlernen und ein Anlagenverständnis aufbauen. So lassen sich Anlagen näher am Optimum fahren.

Während des laufenden Betriebs kann das Personal den Umgang mit Störungen und kritischen Anlagensituationen so lange gefahrlos üben und alle möglichen „Was-wäre-wenn-Szenarien“ durchspielen, bis jeder Handgriff sitzt. Tritt dann eine reale Störungen ein, weiß jeder, was er zu tun hat, und kann z.B. beim Ausfall eines Aggregats entsprechend gegensteuern.

Bei neuen Anlagen eignet sich das Trainingssystem bestens dazu, Arbeitsanweisungen zu erstellen und zu testen. Darüber hinaus hilft ein OTS bei der Überprüfung von Regelkonzepten – und dies alles ohne Einfluss auf die reale Produktion. Das Schlimmste, was passieren kann, ist, dass die Simulation nicht weiterläuft. Durch das virtuelle Training lässt sich also die Produktionskapazität erhöhen, es vermeidet ungeplante Stillstände und hilft, Qualitätsanforderungen besser einzuhalten.

Maßgeschneiderte Lösungen

Siemens Engineering & Consulting erstellt seit vielen Jahren herstellerübergreifende Trainingssysteme für Anlagen (komplett oder in Teilen) nach den Wünschen und Anforderungen seiner Kunden. Die Dienstleistung umfasst Modellentwicklung für die Prozesssimulation, Trainerstation und kundenspezifische Trainingskonzepte. Darüber hinaus liefert das Unternehmen die erforderliche Hard- und Software und übernimmt die Installation sowie Inbetriebnahme des Systems. Jeder Simulator ist speziell auf den Kunden abgestimmt. In Zusammenarbeit mit dem Auftraggeber legen die Verfahrenstechnikspezialisten den Umfang fest und entwickeln daraus ein individuelles Konzept.

Das Herz jedes OTS ist ein dynamisches Prozessmodell, das den realen Prozess so genau wie möglich abbildet. Grundsätzlich gibt es drei verschiedene Typen von Operator-Trainingssystemen: emulated, hybrid und stimulated (Abb. 1). In einem emulierten OTS sind alle beteiligten Ebenen virtuell: Automatisierungsebene mit Feldgeräten und Leitsystem sowie Human Machine Interface (HMI). Es basiert auf keinem Leitsystem eines bestimmten Herstellers (s.u., Anwendungsbeispiel HOTS) und verfügt über eine generische Bedienoberfläche. Die meisten Anwender setzen jedoch auf ein hybrides System, das auf Teile eines bestimmten Leitsystems zurückgreift. In diesem Fall ist die dazugehörige Mensch-Maschine-Schnittstelle real, die Messwarte lässt sich so 1:1 nachbilden.

Beim stimulated OTS sind alle Ebenen bis auf das Prozessmodell real. Beim Einsatz des Siemens-Prozessleitsystems Simatic PCS7 können Kunden in einem hybriden oder stimulated System die Original-Konfigurationsdateien laden und so mit dem Original-Leitsystem arbeiten. Ein weiterer Vorteil eines Siemens-Leitsystems: Der Kunde erhält eine Lösung aus einer Hand und kann dabei vom Bedien- und Prozessverständnis des Unternehmens sowie der Kompetenz bei der Konfiguration der Leittechnik profitieren.

Die Entwicklung eines OTS kann bei Siemens auf den einfachen Simulationen aufbauen, die im Rahmen des Factory-Acceptance-Tests (FAT) des Leitsystems eingesetzt werden. Dabei werden die Reaktionen der Aktoren (z.B. der Ventile) bei Simatic PCS7 mit der offenen Plattform Simit und dem Simulationssystem Simbapro simuliert. Damit kann die Funktionsweise der Leittechnik schon während des Engineerings überprüft und im FAT abgenommen werden.

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