Process Control – Path Forward towards Remote Operation WIB Symposium “Intelligent Operation”, March 19, 2015
Dr. Joachim Birk, BASF SE
Agenda
1. Development in Industry Sectors 2. Vision for Process Industry 3. Requirements 4. Approach for Solutions 5. Effort and Benefit
Page 2
Dr. Joachim Birk, BASF SE, Process Control – Path Forward to Remote Operation; March 19, 2015
1. Development in industry sectors Autonomous cars Enabler: Car IT source : www.v2c2.at source : www.motortrend.com
source: www.siemens.de
CrossUse of linking of all assistants functions Increasingly intelligent sensors
source: Volvo IAA 2013
Stress-reduced driving Increased safety Economic advantages
http://www.caradvice.com.au Page 3
Dr. Joachim Birk, BASF SE, Process Control – Path Forward to Remote Operation; March 19, 2015
Air Separation Linde - Remote Operating Center (ROC) Linde Group Annual Report 2012 Centralized control through the ROC has allowed Linde to bundle exceptional depth and breadth of expertise at a single location. If a problem arises anywhere in Europe, one of the Leuna-based experts is always able to help.
source: Aktiv online 2011
Linde now controls a network of around fifteen air separation units and over fifty ECOVAR® facilities in Germany, Austria, Switzerland and the Benelux countries from the ROC in Leuna. In the next two years, this number will increase to 30 air separation units and over ninety ECOVAR® facilities. source: Leuna Echo 2011
Page 4
Dr. Joachim Birk, BASF SE, Process Control – Path Forward to Remote Operation; March 19, 2015
2. Vision Advanced Operations in Process Industry Level of development
Semi-autarkic plant & Remote 3 Operation Center (Outside normal working time) unmanned operation
2
Highly automated plant No routine operator intervention and manual activities in normal operation All controllers in automatic mode Monitoring of plant without changing screens
1
DCS controlled plant All measurements and controllers in DCS and PIMS
Invest 5
Dr. Joachim Birk, BASF SE, Process Control – Path Forward to Remote Operation; March 19, 2015
Cross-Plant Control and Supervision Use Cases & Benefits Bundling and providing of expertise Quality increase in operations
Distribution of tasks in a technology cluster Increased flexibility (Startup, fluctuation in capacity utilization) Operation without night shift Positive social impact
Page 6
Dr. Joachim Birk, BASF SE, Process Control – Path Forward to Remote Operation; March 19, 2015
Operation without Night Shift Scenario: During unmanned operating time, operators from another control room at the site or another site take over control and supervision Personnel effort in plant (within the plant or remote) Increased contributions to process optimization Mo Page 7
Tu
We
Th
Fr
Sa
Su
Dr. Joachim Birk, BASF SE, Process Control – Path Forward to Remote Operation; March 19, 2015
3. Requirements Selective sensors and actuators Plant automation
Integral sensors Plant integrity
Automation of all manual activities in Monitoring of chemical process and plant considered area environment Load changes / product changes Early detection of abnormalities and risks Disturbance handling Visualization of safety status Analytics Interface to emergency response Scheduling / dispatching management Logistics Requirements for Automation infrastructure for remote access (network, uniform systems) Transparency on process and plant state Need Stability of plant and robustness of automation solutions Further development requirements for users, suppliers, universities 8
Dr. Joachim Birk, BASF SE, Process Control – Path Forward to Remote Operation; March 19, 2015
4. Approach for Solutions Transparency on Process State Maximum alarm rate (on average) (IEC 62682: max 6 alarms / operator / h)
source: www.motortrend.com
Alarm management
Specific alarm engineering Alarm monitoring and higher automation for elimination of frequent alarm causes
Mo Tu We Th Fr Sa Su
State-based alarm generation: Early alarms in day shift for predictive measures Tool for causality detection and Need suppression of alarm floods Human Machine Interface
Condensed process characterization Support of visual abilities: Analogue visualization including acceptance regions Dynamic acceptance ranges for Need processes 9
Dr. Joachim Birk, BASF SE, Process Control – Path Forward to Remote Operation; March 19, 2015
Approach for Solutions (2) Transparency and Plant Integrity
source: www.siemens.de
Sensors and systems for spatial and temporal footprint of the plant Video surveillance Integrative sensors for support / replacement of regular inspection rounds Thermography
Automatic detection of abnormal plant or equipment states (cavitation, leakages, overheating, ...)
Noise level
Need
• • •
Standardized sensor clusters Mobile inspection unit Platform for visualization and alarming
Electronic nose www.science-blog.at 10
Dr. Joachim Birk, BASF SE, Process Control – Path Forward to Remote Operation; March 19, 2015
Process Stability by Plant Automation
www.kenwood.de
Automation of product changes, steps from disturbed condition to normal condition De afbeelding k an niet worden weergegev en. Het is mogelij…
De afbeelding k an niet worden weergegev en. Het is mogelijk dat er onv oldoende geheugen beschik baar is op de computer om de afbeelding te openen of dat de afbeelding beschadigd is. Start de computer opnieuw op en open het bestand opnieuw. A ls de…
R950 De afbeelding k an niet worden weergegev en. Het is mogelij…
De afbeelding k an niet worden weergege…
De afbeelding k an niet worden weergegev en. Het is mogelijk dat er onv oldoende geheugen beschik baar is op de com…
De afbeelding k an niet worden weergegev en. Het is mogelij…
Sequence based automation
Usage of ISA S 88 for batch processes Usage of ISA SP 106 for continuous processes
De afbeelding k an niet worden weergegev en. Het is mogelijk dat er onv oldoende geheugen beschik baar is op de computer om de afbeelding te openen of dat de afbeelding beschadigd is. Start de c…
De afbeelding k an niet worden weergegev en. Het is mogelijk dat er onv oldoende geheugen beschik baar is op de computer om de afbeelding te openen of dat de afbeelding beschadigd is. Start de computer opnieuw op en open het bestand opnieuw. A ls de afbeelding nog steeds wordt v oorgesteld door een rode X, k unt u de afbeelding verwijderen en opnieuw inv oegen.
R960
De afbeelding k an niet worden weergege…
De afbeelding k an niet worden weergegev en. Het is mogelijk dat er onv oldoende geheugen beschik baar is op de computer om de afbeelding te openen of dat de afbeelding beschadigd is. Start de computer opnieuw op en open het bestand opnieuw. A ls de afbeelding nog steeds wordt v oorgesteld door een rode X, k unt u de afbeelding v erwijderen en opnieuw inv oegen.
De afbeelding k an niet worden weergegev en. Het is mogelijk dat er onv oldoende geheugen beschik baar is op de computer om de afbeelding te openen of dat de afbeelding beschadigd is. Start de computer opnieuw op en open het bestand opnieuw. A ls de afbeelding nog steeds wordt v oorgesteld door een rode X, k unt u de afbeelding v erwijderen en opnieuw inv oegen.
De afbeelding k an niet worden weergege…
De afbeelding k an niet worden weergegev en. Het is mogelijk dat er onv oldoende geheugen beschik baar is op de computer om de afbeelding te openen of dat de afbeelding beschadigd is. Start de computer opnieuw op en open het bestand opnieuw. A ls de…
De afbeelding k an niet worden weergege…
De afbeelding k an niet worden weergegev en. Het is mogelijk dat er onv oldoende gehe…
De afbeelding k an niet worden weergegev en. Het is mogelijk dat er onv oldoende gehe…
D e a f
www.volkswagen.de
De afbeelding k an niet worden weergege…
De afbeelding k an niet worden weergegev en. Het is mogelijk dat er onv oldoende geheugen beschik baar is op de computer om de afbeelding te openen of dat de afbeelding be…
De afbeelding k an niet worden weergegev en. Het is mogelijk dat er onv oldoende geheugen beschik baar is op de computer om de afbeelding te openen of dat de afbeelding beschadigd is. Start de c…
Need
De afbeeldi ng k an niet worde…
De afbeeldi ng k an niet worde…
R981
De afbeelding k an niet worden weergegev en. Het is mogelijk dat er onv oldoende geheugen beschik baar is op de computer om de afbeelding te openen of dat de afbeelding beschadigd is. Start de computer opnieuw op en open het bestand opnieuw. A ls de…
Target-oriented DCS modules
complexity reduction for operators Controller Performance Management
Stability of controllers
Robust basic control: Selection of sensors and actuators, loop pairing, tuning OK Frequent set point changes Manual mode
11
Controller performance monitoring for early initiation of measures in dayshift Robust basis controllers and APC Need solutions for batch plants
Dr. Joachim Birk, BASF SE, Process Control – Path Forward to Remote Operation; March 19, 2015
5. Effort & Benefit Lessons learned from Pilot Applications
www.iman.de
Antioxidants plant in Kaisten (BASF Switzerland) Operation with 1 Operator – unmanned over night and weekend
Supervision and control for critical process alarms via fully manned plant close by
Slow process drifts out of optimal operation range are handled by daytime shift Lessons learned / DCS from 1994 (!)
Deep process know-how, clear objectives, systematic implementation and maintenance Operation without night shift possible also without newest automation technology Broad use requires significant reduction of implementation effort Need 12
Engineering systematic for assistant systems Dr. Joachim Birk, BASF SE, Process Control – Path Forward to Remote Operation; March 19, 2015
Effort & Benefit Challenges in Life Cycle Requirements for Package Units
www.hella.de
www.autoscout.de
Seamless automation (DCS)
Uniform control and supervision Alarms Trend recording Need
„Plug & Produce“
Source: Prozesstechnik-online (Achema 2012)
Variety of chemical plants and equipment Variety and age of automation systems and components (life cycles 10 – 30 a) 13
Dr. Joachim Birk, BASF SE, Process Control – Path Forward to Remote Operation; March 19, 2015
Effort & Benefit: Plant Specific Stepwise Higher Automation Plant 2 Operation Automation level Operation without Plant 1 without nightshift Automation level nightshift Advanced High Performance HMI Process
Advanced Alarm Management
Control
Advanced HMI
Alarm Management
Automatic Advanced ProcessIntegrity ControlSupervision Zeit Seamless [a] Automation Zeit [a]
www.Bosch.de
Plant specific implementation roadmaps for automation modules
Each step requires a positive Business Case
All steps to be synchronized with plant-specific needs
Necessary capacity increase Need for migration Compensation for demographically induced staff losses
Benefits
Reduction of variable costs (raw material and energy costs) Increased plant availability by network of expertise Fixed cost reduction 14
Dr. Joachim Birk, BASF SE, Process Control – Path Forward to Remote Operation; March 19, 2015
Effort & Benefit Guidelines and Recommendations EIGA standard (source: www.EIGA.eu)
Issued in year 2005, volume
19 pages Engaged: Air Liquide, Air Products, BOC, Praxair, Messer Group, Linde Gas, EIGA
Scope: Definitions, safety, plant design, operation, maintenance, emergency plans
Need
(When) does NAMUR need an NE „Remote Operation“ ? 15
Dr. Joachim Birk, BASF SE, Process Control – Path Forward to Remote Operation; March 19, 2015
Effort & Benefit
Possible topics for NAMUR WG
Approval situation Safety and environment Operations aspects Qualification of staff Success factors 16
Development Level
Proposal for Next Steps
3 2 Highly automated plant 1 100% DCS
Dr. Joachim Birk, BASF SE, Process Control – Path Forward to Remote Operation; March 19, 2015
Invest
Remote Operation
