Capturing and Exploiting Plant Topology and Process Information as a Basis to Support Engineering and Operational Activities in Process Plants

Erfassung und Nutzung von Anlagentopologie- und Prozessinformation zur Unterstützung von Engineering- und Betriebsaktivitäten in Prozessanlagen

URN urn:nbn:de:gbv:705-opus-31629
URL
Dokumentart: Dissertation
Institut: Institut für Automatisierungstechnik
Fakultät: Fakultät Maschinenbau
Hauptberichter: Univ. Prof. Dr.-Ing. Alexander Fay
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 09.06.2017
Erstellungsjahr: 2017
Publikationsdatum:
SWD-Schlagwörter: Automation , Digitalisierung , Dokument , Rohrleitung , Diagramm , Simulation , Diagnose , Prozess , Industrie
Freie Schlagwörter (Englisch): Automation, Document, Digitalisation, Simulation, Diagnosis
DDC-Sachgruppe: Ingenieurwissenschaften

Kurzfassung auf Englisch:

Confronted with the competitive challenges brought by the ongoing digitization of the industrial sector --Industry 4.0, plant owners and contractors in the process industry are called to create and exploit digital plant models enabling the efficient execution and integration of different activities across the entire plant lifecycle. In the case of existing process facilities, an important part of the information required for this task exists already in form of legacy engineering documents, such as scanned diagrams and schematics in elementary digital formats. However, current engineering and enterprise tools cannot fully exploit this source of knowledge due to the non-computer-interpretable nature and heterogeneity of such data sources. As a consequence, process experts and engineers must often retrieve and consolidate information manually when executing daily activities; a practice that is not only error prone but also time-intensive, and costly. In an effort to cope with that problem, this thesis presents a functional methodology for the capture, formalization, integration, and subsequent exploitation of legacy design documents, specifically Piping and Instrumentation Diagrams, and Control Logic Diagrams. Motivated by the concept Automation of Automation, the proposed methodology aims to serve as a basis for the automatic execution of required steps within automation-related plant modernization and operational tasks. Experimental results demonstrate the effective applicability of the approach in two use cases of industrial relevance: (a) automatic generation of plant simulation models for the validation of basic control functions during plant modernization projects, and (b) fault propagation analysis for supporting alarm management and fault diagnosis during plant operation.

Kurzfassung auf Deutsch:

Aufgrund der fortschreitenden Digitalisierung des industriellen Sektors – in Deutschland auch bekannt als Industrie 4.0 – sind Anlagenbetreiber und Auftragnehmer in der Prozessindustrie zunehmend aufgefordert, digitale Anlagenmodelle zu erstellen und zu nutzen, welche eine effiziente Durchführung und Integration vielfältiger Aktivitäten über den gesamten Anlagenlebenszyklus ermöglichen. In bestehenden Prozessanlagen liegt ein Großteil der hierfür notwendigen Informationen in Form vorhandener Engineering-Dokumente (Bestandsdokumentation) bereits vor, z. B. gescannte Pläne und Diagramme in grundlegenden digitalen Formaten. Allerdings können die derzeitigen Engineering Werkzeuge diese Informationsquellen nicht auswerten, da deren Datenformate heterogen und nicht computerinterpretierbar sind. Infolgedessen sind Prozessexperten und Ingenieure häufig gezwungen, während ihrer operativen Tagesarbeit Informationen manuell abzurufen und zu analysieren; eine Praxis, die nicht nur fehleranfällig, sondern auch zeitintensiv und teuer ist. Mit dem Ziel, dieses Problem zu bewältigen, stellt diese Arbeit eine systematische Methodik für die Erfassung, Formalisierung, Integration und anschließende Nutzung von Engineering-Dokumenten vor, insbesondere Rohrleitungs- und Instrumentenfließbildern sowie Logikdiagrammen. Inspiriert durch das Konzept der „Automatisierung der Automatisierung“ unterstützt die vorgeschlagene Methodik die automatische Ausführung erforderlicher Schritte für automatisierungsrelevante Anlagenmodernisierungen und betriebliche Aufgaben. Die experimentellen Ergebnisse zeigen eine wirksame Anwendbarkeit des Ansatzes in zwei praxisrelevanten Anwendungsfällen: (a) Automatische Erzeugung von Anlagensimulationsmodellen für die Validierung grundlegender Steuerungsfunktionen in Anlagenmodernisierungsprojekten, und (b) Fehlerfortpflanzungsanalyse zur Unterstützung des Alarmmanagements und der Fehlerdiagnose im Anlagenbetrieb.

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