Wiehoch sind die tatsächlichen Kosten der Ausfallzeit, wenn eine Gasrückführungseinheit (VRU) oder eine Gasverbrennungseinheit (VCU) einen katastrophalen Ausfall hat? Heutzutage können diese Kosten unannehmbar hoch sein. Die meisten Pumpen können innerhalb weniger Tage repariert oder durch Kohle ersetzt werden, aber der Ausfall des Gehirns Ihres Systems - der speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) - könnte den Betrieb weitaus länger beeinträchtigen. In den USA gibt es erhebliche und teilweise noch nie dagewesene Probleme mit SPS-Komponenten. Die SPS-Ausrüstung ist schnell veraltet und wird in einigen Fällen nicht mehr unterstützt. Vor diesem Hintergrund ist es von entscheidender Bedeutung, Maßnahmen zu ergreifen, um einen schwerwiegenden Ausfall zu verhindern, der zu tage- oder gar wochenlangen Ausfallzeiten führen könnte.
Eine kurze Geschichte der PLCs
Die erste Branche, die SPS in ihren Betrieben einsetzte, war der Automobilsektor. Vor dem Einsatz von SPS basierten die meisten Anlagensteuerungen auf Relais und Zeitschaltlogik. Der Platz im Schaltschrank war knapp, die Anpassungen der Abläufe waren begrenzt und erfolgten manuell, und jede Änderung der Systemfunktionen erforderte in der Regel umfangreiche Konstruktionsänderungen.
Mit der Einführung der SPS wurde der Platzbedarf für die Hardware geringer, und größere oder kleinere Änderungen am Systembetrieb konnten schnell durchgeführt werden. So schnell wie die SPS-Technologie entwickelt werden konnte, wurde sie auch eingesetzt; die SPS wurde zum Industriestandard für die Maschinensteuerung. Nahezu alle elektromechanischen Geräte werden heute von einer Art SPS gesteuert.
Wie in den meisten Industriezweigen waren auch in der Petrochemie die ursprünglichen Emissionskontrollgeräte in Raffinerien und Terminals relaisgesteuert. Mitte der 1980er Jahre begannen die VCUs, mit logischen Steuerungen vom Typ PLC integriert zu werden. In den 1990er Jahren begannen die Anlagenhersteller, SPS-Steuerungen der Typen General Electric (GE) und Allen Bradley (AB) aufgrund ihres geringen Platzbedarfs und ihrer einfachen Bedienung zu standardisieren.
Die ersten SPS, die in Dampfsteuerungsanlagen eingesetzt wurden, waren zwei GE-Modelle, gefolgt von AB-SPS-Modellen in den späten 1980er und frühen 1990er Jahren. Die Gerätehersteller begannen schnell, SPS in die meisten Dampfkontrollgeräte zu integrieren. Wie bei den meisten Technologien wurden die Steuerungen rasch weiterentwickelt, und Anfang bis Mitte der 2000er Jahre wurden diese ersten Versionen bereits nicht mehr hergestellt.
Die Einstellung dieser Produkte führte zu ernsthaften betrieblichen Bedenken, da die Aufrechterhaltung der Betriebszeit von Emissionskontrollanlagen in hohem Maße davon abhängt, dass die SPS, mit denen sie betrieben werden, auch in Zukunft funktionieren und unterstützt werden.
Der aktuelle Stand der PLCs
Die heutigen Anlagen zur Dampfregulierung verfügen über neue Emissionskontrollsysteme mit einer noch ausgefeilteren elektronischen Steuerungstechnik. Rückmeldungen von Geräten wie kontinuierlichen Emissionsüberwachungsgeräten (CEMS) werden zu Dokumentations- und Wartungszwecken ständig aufgezeichnet. Darüber hinaus werden die Systemprozesse kontinuierlich überprüft und vom Steuerungssystem automatisch angepasst, damit sich die Anlage an verschiedene Änderungen im Betrieb anpassen kann. Die Bediener verlassen sich mehr denn je auf die von den SPS erfassten Daten.
Aufgrund der jüngsten Unterbrechungen in der Logistik, den Fertigungsabläufen und der Produktion kommt es in der Industrie zu enormen Verzögerungen bei der Lieferung von neuen und Ersatz-SPS-Komponenten und zu einer wesentlich langsameren Unterstützung dieser neueren Steuerungstechnologie.
Auslaufende Geräte und die dazugehörige Hardware, wie die vor den frühen 1990er Jahren hergestellten SPS-Modelle, sind immer schwieriger zu finden. Die meisten Lieferanten führen die älteren Modelle nicht mehr, weil sie wissen, dass diese Steuerungen nicht mehr hergestellt werden. Aus diesem Grund hat sich die Wahrscheinlichkeit, dass es aufgrund eines SPS-Problems zu erheblichen Ausfallzeiten oder Ausfällen kommt, drastisch erhöht.
Zeeco empfiehlt allen Kunden, eine Bestandsaufnahme der aktuellen SPS vorzunehmen, die ihre Anlage steuert. Betreiber sollten die Unterstützung ihrer internen Wartungsteams oder anderer Dampfdienstleister wie Zeeco in Anspruch nehmen, um die Teilenummern der SPS-Komponenten zu dokumentieren, wichtige Ersatzteile für ihr System ausfindig zu machen und sicherzustellen, dass sie eine Sicherungskopie des SPS-Programms haben, mit dem jedes System betrieben wird. Viele Teile, auch solche, die nicht mehr hergestellt werden, sind manchmal noch im Internet erhältlich, aber die Beschaffung auf diesem Weg kann unzuverlässig sein. Bei diesen über das Internet bezogenen Teilen kann es sich um gebrauchte, unverpackte oder alte Bestände handeln, die Risiken bergen. Da es so viele verschiedene Varianten von CPUs, Eingangsmodulen und Ausgangsmodulen gibt, ist es für die meisten Anbieter nahezu unmöglich, kurzfristig einen Bestand verfügbar zu haben. Der Verlust einer einzigen SPS-Komponente kann den Unterschied zwischen einer Stunde und mehreren Tagen Ausfallzeit ausmachen.
Was ist der nächste Schritt?
Wenn die Minimierung von Ausfallzeiten von entscheidender Bedeutung ist, sollte man die Aufrüstung von SPS-Systemen auf neuere und zuverlässigere Technologie in Betracht ziehen und Ersatz-SPS-Module vorrätig haben. Zumindest sollten die für die Bewältigung von Ausfallzeiten erforderlichen Ersatzteile von einem zuverlässigen Anbieter beschafft werden.
Die Hersteller können Unterstützung für das SPS-Programm eines Systems anbieten oder in vielen Fällen einen Techniker vor Ort schicken, um ein SPS-Programm für zukünftige Anforderungen zu sichern. Unabhängig vom Hersteller kann ein qualifizierter Steuerungsexperte helfen, die beste Lösung zu finden. Auch der Austausch eines bestehenden Geräts durch eine neuere Technologie ist eine Option.
Zeeco empfiehlt eine schlüsselfertige Lösung für diese Art von wichtigen Vorhaben. Ein vorrangiges Ziel ist es, Ausfallzeiten zu vermeiden. Daher ist es am besten, einen Anbieter zu finden, der bei der Entwicklung und Vorfertigung der Ersatz-SPS helfen kann. Der Schutz des Standorts vor dem Risiko nicht mehr unterstützter Geräte ist ebenso wichtig wie die Modifizierung von Terminals, um den Betrieb und die Leistung des Systems zu verbessern.
Wenn es sich bei dem Projekt für die SPS-Ausrüstung um einen Ersatz handelt, können die Upgrades bei entsprechender Planung mit nur einem Tag Ausfallzeit abgeschlossen werden. Wenn der Standort Upgrades in Erwägung zieht, die die Funktionalität drastisch verbessern, den Stromverbrauch senken oder die Datenerfassung verbessern, können zusätzliche Tage Ausfallzeit erforderlich sein. Bei umfangreicheren Kontroll-Upgrades sollte der Standort möglicherweise ein Backup-System in Betracht ziehen, wie z. B. ein Miet-Dampfkontrollsystem, um den Betrieb während dieser Änderungen aufrechtzuerhalten. Zeeco kann mehrere Mietgeräte-Optionen anbieten, damit der Standort den Betrieb während der Reparaturen aufrechterhalten kann.
Wenn Sie eine Aufrüstung der SPS in Erwägung ziehen, sollten Sie bedenken, dass neuere Technologien viel mehr können als nur vor Ausfallzeiten zu schützen. Die Aufrüstung auf eine neuere SPS kann das System auch intelligenter machen. In dieser neuen Ära der Umwelt-, Sozial- und Governance-Mandate (ESG) kann eine neuere SPS intelligentere Abläufe unterstützen, die den Stromverbrauch und die Betriebszeit der Anlagen reduzieren. Die Datenerfassung für die vorausschauende Wartung, die Emissionsüberwachung, die Energieeinsparung und die Interaktion mit dem Bediener sind alles Vorteile neuer SPS. Sie können sogar Frühwarndaten liefern, um kritische Ausfälle zu verhindern, sowie Bedieneranweisungen und Daten zur Teileidentifikation. Ältere Flüssigkeitsring-VRUs (Glykolsysteme) können problemlos auf trockene Vakuumpumpentechnologie umgerüstet werden. Die kontinuierliche Emissionsüberwachung kann Daten problemlos aufzeichnen und schützen. Neuere Steuerungen ermöglichen auch weitere Ausrüstungsänderungen, die die Gesamtkapazität des Systems erhöhen, um die Emissionen und den Energiebedarf der einzelnen Anlagen zu verringern.
So erkennen Sie, ob ein Upgrade erforderlich ist
Wurde die SPS der Dampfregelanlage eines Standorts vor den frühen 1990er Jahren entwickelt und installiert, sollte der Standort Schritte zur Identifizierung und Lokalisierung der unterstützenden Hardware in Erwägung ziehen oder einen vollständigen Austausch gegen neuere, besser unterstützte Technologie in Betracht ziehen.
Wichtige Überlegungen:
- Seit der Erstinstallation dieser Geräte wurde die Software laufend verbessert, so dass jedes Jahr mehrere Versionen erstellt werden. Viele Automatisierungs-Supportteams kennen die spezifische Softwareversion der SPS des Standorts nicht. Daher ist es wichtig zu wissen, um welche Version es sich handelt und ob der vom Standort gewählte Wartungsdienstleister sie unterstützt. Wenn dies nicht der Fall ist, drohen dem Standort lange Ausfallzeiten.
- Ähnlich wie bei den Anschlüssen von Mobiltelefonen sind auch ältere SPS-Anschlüsse manchmal schwer zu finden. Im Laufe der Jahre wurden Änderungen und Verbesserungen an diesen Anschlüssen vorgenommen, so dass der Anschluss an eine ältere SPS nur dann möglich ist, wenn die richtigen Kabel für den Zugriff auf das Programm vorhanden sind.
- Wenn ältere Automatisierungsingenieure in den Ruhestand gehen, ist das neue Personal möglicherweise nicht mit der alten Technologie vertraut. Langfristige Unterstützung für ältere Geräte wird schwierig sein.
- ESG-Erwägungen und Regulierungsbehörden werden sich in den kommenden Jahren sehr viel schneller weiterentwickeln, so dass die Einhaltung der Vorschriften von entscheidender Bedeutung ist, da der Schwerpunkt weiterhin auf der Reduzierung schädlicher Emissionen aller Art liegt.
- Die neue Programmierung hat benutzerdefinierte Datentypen (UDTs). Diese UDTs standardisieren Blöcke und Daten. UDTs erleichtern die Standardisierung über verschiedene Programmierstile hinweg. Durch die Standardisierung der Programmierung wird die Programmierzeit optimiert und das Auftreten von Programmierproblemen verringert.
Abbildung 1. Vorher: Älteres Modell der PLC-Einheit in einer VRU-Anwendung
Abbildung 2. Nachher: Aufrüstung auf eine moderne SPS in einer neuen Schalttafel, nicht in einem klassifizierten Bereich. Die vorherige Schalttafel wurde als Verteilerkasten verwendet.
Schlussfolgerung
Es gibt drei Möglichkeiten, eine abgekündigte SPS durch eine neue Version zu ersetzen.
Es gibt neue SPS, die über Umrüstungsoptionen verfügen, um die CPU aufzurüsten, aber vorhandene oder neue E/A-Karten zu verwenden. Die Verdrahtungsschwenkarme funktionieren mit der neuen Komponente, so dass eine komplette Neuverdrahtung der Schalttafel nicht erforderlich ist. Das neue Rack kann vorgebaut und getestet werden, bevor es in eine bestehende Schalttafel eingebaut wird.
Die Vorfertigung einer neuen Rückwand mit der neuen SPS-Hardware und den für eine vorhandene Schalttafel vorgesehenen Anschlüssen ermöglicht einen schnellen Austausch. Durch das Trennen der Stromquelle und der zugehörigen Verdrahtung kann die ursprüngliche Schalttafelrückwand entfernt werden, und die neue vorgefertigte (in einigen Fällen vorverdrahtete) Rückwand mit der neuen SPS-Hardware kann schnell eingesetzt und angeschlossen werden. Die neue SPS kann mit einer ähnlichen oder verbesserten Programmierung für den Betrieb des Geräts vorgeladen werden.
Wenn der vorhandene Schaltschrank nur wenig Platz bietet, sich in einem verschlissenen Zustand befindet oder wenn der Standort den Schaltschrank in einen Bereich mit einer anderen elektrischen Klassifizierung verlegen möchte (z. B. von einem Bereich der Klasse 1 Div 1 in einen nicht gefährlichen Bereich), sollte der Standort möglicherweise einen komplett neuen Schaltschrank in Betracht ziehen. Die Aufrüstung aller Zusatzkomponenten ist der beste Weg, um zukünftige Ausfälle zu verhindern. Auch wenn dieser Ansatz mühsamer ist als die Verwendung eines Umbausatzes, ermöglicht die Neuverdrahtung eine saubere und vollständige Trennung von der alten SPS-Hardware. Dieser Ansatz bietet eine größere Flexibilität für die Zukunft und ermöglicht einen einfachen Zugang und Raum für die Erweiterung, die für das Hinzufügen weiterer Technologien und Steuerungen erforderlich sein könnte. Diese Option hat zusätzliche Vorteile, da die alte oder brüchige Verkabelung auf dem Skid ersetzt wird. Um Ausfallzeiten während der Umstellung zu vermeiden, kann ein Mietsystem eingesetzt werden, das den Betrieb innerhalb der Vorschriften aufrechterhält.