Chemische fabrieken vormen de ruggengraat van de moderne chemische productie. Zowel hun complexe werkprocessen als de gevaren die ze met zich meebrengen, vereisen een hoge mate van nauwkeurigheid, veiligheid en procesautomatisering. Automatisering is niet langer alleen een middel om de productiviteit te verbeteren; het fungeert ook als garantie voor een betrouwbare fabriekswerking en ecologisch evenwicht. Voor elk chemisch bedrijf, inclusief chemische fabrikanten, is het essentieel om de basisprincipes van automatisering in de chemische industrie, de belangrijkste technologieën en de impact van deze technologie te begrijpen om concurrerend te blijven op de markt.
Wat zijn de basisprincipes van de automatisering van chemische fabrieken?
Technologieën en systemen die in een productiefaciliteit, zoals een chemische fabriek, worden gebruikt om menselijke tussenkomst te ondersteunen of volledig te vervangen, worden “automatisering van chemische fabrieken” genoemd. Het doel van het bewaken, regelen en optimaliseren van chemische productieprocessen wordt bereikt door middel van automatisering. Automatisering omvat alle activiteiten: van eenvoudige aan/uit-regeling tot geavanceerde procesoptimalisatie en veiligheidsvergrendelingssystemen. Het nauwkeurig regelen van belangrijke procesparameters (temperatuur, druk, debiet, niveau, enz.) is een procesdoel op zich. Dit leidt tot een consistente productkwaliteit, verbeterde productie-efficiëntie, lagere exploitatiekosten en verhoogde veiligheid voor personeel en apparatuur. Het vervangen van handmatige processen en het verminderen van handmatige ingrepen zijn essentiële aspecten. Het “zenuwstelsel” en het „brein“ van de fabriek zijn de automatiseringssystemen. Deze bewaken veranderingen binnen het systeem in realtime en geven opdrachten om de productieniveaus bij te sturen.
Belangrijkste voordelen van automatisering in chemische fabrieken
Om te beginnen is een van de belangrijkste voordelen van automatisering dat de operationele veiligheid aanzienlijk wordt verbeterd. Automatisering biedt gespecialiseerde systemen die de installatie in gevaarlijke situaties in een veilige toestand kunnen brengen, waardoor veiligheidsincidenten worden voorkomen en het risico op ongevallen wordt verminderd. Zo kunnen SIL-gecertificeerde automatische afsluitkleppen in noodsituaties automatisch de vloeistofstroom afsluiten of toelaten. Ze spelen een cruciale rol in veiligheidsvergrendelingssystemen.
Ten tweede verbetert automatisering de effectiviteit en efficiëntie van productieprocessen, met een aanzienlijk grotere uniformiteit. Geautomatiseerde systemen reageren vaker en nauwkeuriger op veranderingen dan een mens dat kan. Door mensen veroorzaakte variaties in de productie worden tot een minimum beperkt en de reactieomstandigheden worden heuristisch geoptimaliseerd. Dit leidt tot een hogere productie-output en een betere totale opbrengst. Een nauwkeurigere regeling van chemische reacties en het productieproces zorgt voor een betere uniformiteit van de kwaliteit en een lager afkeuringspercentage.
Ten derde profiteren aspecten die betrekking hebben op productiekosten rechtstreeks van de geïmplementeerde geautomatiseerde systemen. Naarmate de automatisering toeneemt, wordt handmatig werk vervangen door machines, waardoor de arbeidskosten dalen. Bovendien kan een optimale aansturing van processen de hoeveelheid benodigde grondstoffen en het energieverbruik verminderen, evenals de hoeveelheid productafval. Dit draagt bij aan verdere kosten- en energiebesparingen. Effectieve automatisering minimaliseert tevens overmatige slijtage van machines en apparatuur, waardoor de levensduur ervan wordt verlengd en de onderhoudskosten dalen, wat de operationele efficiëntie ten goede komt. Dit levert een aanzienlijk concurrentievoordeel op.
Bovendien kan automatisering de flexibiliteit en het reactievermogen van een fabriek vergroten. Wanneer de marktvraag verandert, kunnen automatiseringssystemen de productieschema’s en procesparameters snel aanpassen. Hierdoor kunnen veel verschillende producten in kleine series worden geproduceerd. Functies voor bewaking en diagnose op afstand helpen bovendien om problemen sneller op te lossen, waardoor stilstandtijd wordt beperkt.
Essentiële technologieën die automatisering mogelijk maken
De automatisering van een chemische fabriek is een complex geheel. Deze is afhankelijk van de onderlinge samenwerking tussen verschillende kerntechnologieën. Deze technologieën vormen het raamwerk van het automatiseringssysteem. Ze maken het mogelijk om de productieprocessen te monitoren, te analyseren en optimaal te regelen. Kennis van de integratie en het belang van kerntechnologieën is van cruciaal belang bij het opzetten en verbeteren van automatiseringssystemen. Tot de belangrijkste technologieën behoort het DCS-systeem. In dit verband volgen hieronder andere belangrijke kerntechnologieën die de automatisering van chemische fabrieken mogelijk maken:
| Type technologie | Acroniem | Belangrijkste functie | Rol in chemische fabrieken |
| Gedistribueerd besturingssysteem | DCS | Gedecentraliseerde besturing, centraal beheer, procesbewaking, alarmafhandeling | Regelt grote continue of batchprocessen en zorgt voor een gecoördineerde regeling van de gehele fabriek |
| Programmeerbare logische controller | PLC | Logische besturing, sequentiebesturing, gegevensverzameling | Regelt afzonderlijke apparatuur of subsystemen; wordt vaak gebruikt voor vergrendelings- en opstart-/uitschakelsequences |
| Supervisory Control and Data Acquisition | SCADA | Monitoring op afstand, gegevensverzameling, gegevensopslag, rapportage | Houdt toezicht op verspreid geplaatste apparatuur en systemen, biedt een totaaloverzicht van de bedrijfsvoering, ondersteunt bediening op afstand en gegevensanalyse |
| Veiligheidsgericht systeem | SIS | Dit systeem, dat losstaat van het basisprocesbesturingssysteem, detecteert gevaarlijke situaties en voert veiligheidsfuncties uit | Zorgt ervoor dat het proces in noodsituaties in een veilige toestand terechtkomt, vermindert risico’s en voldoet aan de normen voor functionele veiligheid |
| Veldbus en industrieel ethernet | Veldbus/Industrieel Ethernet | Verbindt veldapparatuur (sensoren, actuatoren) met besturingssystemen voor gegevensoverdracht en communicatie | Vereenvoudigt de bekabeling, verbetert de efficiëntie en betrouwbaarheid van de gegevensoverdracht en ondersteunt gedistribueerde besturing |
| Sensoren en zenders | Sensoren en zenders | Procesparameters meten (temperatuur, druk, debiet, niveau, enz.), analoge signalen omzetten naar digitale signalen voor verzending | Verkrijg realtime procesgegevens: dit zijn de “ogen” van het automatiseringssysteem |
| Aandrijvingen | Aandrijvingen | Ontvang besturingssignalen en stuur de uitvoerelementen (zoals kleppen en motoren) aan om acties uit te voeren | Zetten de opdrachten van het besturingssysteem om in fysieke handelingen; vormen de “handen en voeten” van het automatiseringssysteem |
Alles werkt samen als één systeem. Ze worden geïntegreerd met behulp van software en netwerkarchitecturen. Zo worden gegevens van de sensoren via een veldbus of industrieel ethernet naar het DCS of de PLC verzonden. De besturing verwerkt de ontvangen informatie aan de hand van vooraf gedefinieerde logica en algoritmen. Vervolgens stuurt het de apparatuur in het veld aan via automatisering, waaronder belangrijke automatische kleppen. Operators krijgen inzicht in de status van de installatie en kunnen aanpassingen doorvoeren via het SCADA-systeem, dat een gecentraliseerd overzicht biedt. De installatieveiligheid wordt los van het centrale procesbesturingssysteem afgehandeld door SIS-systemen, die zich volledig richten op het waarborgen van de grootst mogelijke veiligheid.
Automatiseringstoepassingen in chemische processen
De rol van automatisering binnen de chemische technologie omvat vrijwel het gehele productieproces in een chemische fabriek:
- Procesbesturing: Automatisering zorgt ervoor dat de doorstroming, temperatuur en druk op peil blijven voor de werkstroom in reactoren, destillatiekolommen, warmtewisselaars of andere essentiële apparatuur. Automatisering houdt continu toezicht op processen en regelt deze.
- Batchbeheer: In de sectoren van de fijnchemie en de farmacie worden automatiseringssystemen ingezet voor het toevoegen van grondstoffen, het timen van reactietijden en het instellen van temperatuurprofielen. Deze nauwkeurige regeling garandeert de herhaalbaarheid van batch tot batch.
- Veiligheidsvergrendeling en noodstop (ESD): Afwijkende situaties worden door SIS-systemen gedetecteerd. Om te voorkomen dat de situatie verslechtert, worden het pompen, het sluiten van kleppen en andere vooraf gedefinieerde veiligheidsmaatregelen automatisch uitgevoerd.
- Vermogensbeheer en preventief onderhoud: Automatiseringssystemen verzamelen meetgegevens over het gebruik van apparatuur. Door deze informatie te analyseren, kunnen storingen aan apparatuur worden voorspeld, waardoor gepland onderhoud mogelijk wordt. Automatisering zorgt ervoor dat reactieve stilstandtijd tot een minimum wordt beperkt.
- Energiebeheer: Besturingssystemen voor nutsvoorzieningen zijn in staat om meerdere taken tegelijk uit te voeren. Naast het toezicht op belangrijkere processen kunnen ze ook toezicht houden op minder kritieke processen, zoals: koelwater, elektriciteit en stoom. Dit draagt bij aan een verdere verlaging van de exploitatiekosten.
- Alarmbeheer: Operators worden via automatiseringssystemen gewaarschuwd bij afwijkende situaties. Alarmen worden gefilterd door slimme systemen, waardoor operators snel kunnen reageren op kritieke situaties. Automatisering helpt bij het effectief beheren van productieschema’s en het veilig omgaan met gevaarlijke stoffen op het juiste moment.
De cruciale rol van kleppen in geautomatiseerde systemen
Kleppen zijn cruciale onderdelen voor de regeling van vloeistofstromen in elk chemisch automatiseringssysteem. Ze vormen het bepalende element voor vloeistofstromen en beïnvloeden daarmee de nauwkeurigheid en veiligheid van het gehele proces. Zelfs eenvoudige aan/uit-handelingen vereisen een nauwkeurige klepmechanica.
Geautomatiseerde kleppen zijn uitgerust met aandrijvingen, of deze nu pneumatisch, elektrisch of hydraulisch zijn. Het besturingssysteem geeft hen de opdracht om de richting, de stroomsnelheid of de druk van de vloeistof aan te passen. Regelkleppen zijn van groot belang omdat ze de vloeistofsnelheid in evenwicht kunnen brengen op basis van de verandering in de regelsignalen die naar hen worden gestuurd. Ze zijn essentieel voor regeling in een gesloten kringloop. Veiligheids- of ontlastkleppen zijn vanuit veiligheidsoogpunt van cruciaal belang, aangezien ze fungeren als de eerste verdedigingslinie door overtollige druk af te voeren wanneer vooraf ingestelde automatische drempelwaarden worden overschreden, waardoor apparatuur en leidingen worden beschermd.
Kleppen zijn van cruciaal belang binnen elk automatiseringssysteem. Hoe geavanceerd een besturingssysteem ook is, te onzorgvuldige, trage of onnauwkeurige kleppen maken de besturing zinloos. Soms brengen deze systemen ook veiligheidsrisico’s met zich mee. Om het automatiseringssysteem van een chemische fabriek soepel te laten functioneren, zijn daarom nauwkeurige automatische kleppen nodig die rekening houden met het medium, de temperatuur, de druk en de proceseisen.
Uitdagingen bij de implementatie van automatisering overwinnen
Het uitvoeren van automatiseringsprojecten voor chemische fabrieken is niet altijd eenvoudig en brengt tal van uitdagingen met zich mee:
Technische integratie en compatibiliteit
De integratie van apparatuur en automatiseringssystemen van verschillende leveranciers vormt een uitdaging vanwege hun uiteenlopende communicatie-interfaces. Voor een naadloze uitwisseling van informatie tussen systeemcomponenten is vakkundige systeemintegratie vereist.
Risico's op het gebied van netwerkbeveiliging
Hoe dichter automatiseringssystemen bij bedrijfsnetwerken staan, hoe groter de cyberbeveiligingsrisico’s. Om virussen, malware en cyberaanvallen op besturingssystemen het hoofd te bieden, zijn krachtige beveiligingsmaatregelen en noodplannen nodig.
Opleiding en bijscholing van personeel
De integratie van automatisering verandert de werkprocessen van operators en onderhoudspersoneel. Het personeel heeft nu een volledige opleiding nodig om de systemen te bedienen, te bewaken en te onderhouden. Daarnaast moeten er gestructureerde multidisciplinaire opleidingen worden georganiseerd.
Kostenbeheersing en rendement op investering
Automatiseringsprojecten gaan doorgaans gepaard met een hoge financiële investering in de beginfase. Het waarborgen van de prestaties en betrouwbaarheid van het systeem, in combinatie met het beheersen van de kosten en het nauwkeurig inschatten van het rendement op de investering, speelt een grote rol bij de besluitvorming.
Onderhoud en beheer van reserveonderdelen
Net als elk ander systeem vereisen automatiseringssystemen een effectief beheer, zowel wat betreft vaardigheden als hulpmiddelen. Door onderhoudsstrategieën toe te passen en voorraden van cruciale reserveonderdelen aan te houden, kunnen onderdelen in defecte systemen binnen een vastgestelde termijn moeiteloos worden opgehaald en vervangen. Dit draagt op zijn beurt bij aan een continue, consistente werking en vermindert, of elimineert zelfs, systeemstoringen in het gehele automatiseringsproces.
Toekomstige trends op het gebied van automatisering van chemische fabrieken
De automatisering van chemische fabrieken wordt steeds slimmer, beter verbonden en zelfstandiger:
- Industrieel internet der dingen (IIoT) en big data-analyse: Er zullen meer sensoren en slimme apparaten worden ingezet om grote hoeveelheden productiegegevens te verzamelen. Door middel van big data-analyse zullen uit deze gegevens waardevolle inzichten worden verkregen. Deze inzichten zullen worden gebruikt voor procesoptimalisatie, het voorspellen van storingen en het ondersteunen van besluitvorming.
- Kunstmatige intelligentie (AI) en machine learning: Het gebruik van algoritmen zal leiden tot verbeteringen op het gebied van regeloptimalisatie, het voorspellen van de prestaties van apparatuur, het opsporen van afwijkingen en gebeurtenissen, intelligent alarmbeheer en de algehele systeemprestaties. Dit zal het leervermogen en het aanpassingsvermogen van de systemen verbeteren.
- Digitale tweeling: Het virtueel bouwen van een installatiemodel. Zo’n model kan de werking van de installatie simuleren aan de hand van realtimegegevens, waardoor processen kunnen worden geoptimaliseerd en ondersteuning kan worden geboden bij de opleiding van operators en de risicobeoordeling, en zo voorspellingen kunnen worden gedaan en optimalisaties doorgevoerd. De digitale transformatie stimuleert de invoering van deze technologieën.
- Cloud computing en edge computing: Cloud computing biedt robuuste gegevensverwerking en -opslag, terwijl edge computing de verwerking en aansturing van apparaten dichter bij de werkvloer brengt. Dit verkort de reactietijd en verhoogt tegelijkertijd de gegevensbeveiliging.
- Augmented Reality (AR) / Virtual Reality (VR): AR/VR-technologie zal worden ingezet voor onderhoud in het veld, het begeleiden van werkzaamheden en het opleiden van personeel, wat de efficiëntie en veiligheid ten goede zal komen.
De juiste automatiseringsoplossingen kiezen
Het kiezen van de juiste automatiseringsoplossingen is van cruciaal belang voor een chemische fabriek. Het is van groot belang om een betrouwbare partner te hebben die daadwerkelijk meerwaarde biedt. De afgelopen tien jaar heeft VINCER zich als technologiebedrijf toegelegd op automatische afsluiters en behoort nu tot de marktleiders op dit gebied. VINCER biedt hoogwaardige diensten en een uitstekende prijs-kwaliteitverhouding met onze allesomvattende dienstverlening op het gebied van automatische afsluiters.
VINCER levert elektrische afsluiters, pneumatische afsluiters, kogelkranen, vlinderkleppen, magneetventielen en andere geautomatiseerde afsluiters van uitstekende kwaliteit. Met uitgebreide kennis in diverse sectoren biedt VINCER gespecialiseerde en professionele, configureerbare klepopties. VINCER analyseert de eisen van de klant aan de hand van acht parameters: analyse van het medium, temperatuuranalyse, drukanalyse van het medium, vaststelling van de aansluitnorm, bedieningswijze (handmatig/elektrisch/pneumatisch), materiaaleisen, openings- en sluitingstijd van het medium, en installatiepositie en -ruimte. Deze aanpak garandeert een nauwkeurige afstemming op de eisen van de klant. De producten van VINCER voldoen aan internationale certificeringen zoals CE, RoHS, SIL en FDA, en het bedrijf is ISO 9001-gecertificeerd, wat zorgt voor betrouwbare productie en kwaliteitscontrole in de grote fabriek van VINCER met geavanceerde apparatuur. VINCER biedt een snelle respons en professionele service, met snelle offertes en efficiënte levertijden. Er wordt professionele aftersalesondersteuning geboden.
Door VINCER als uw partner te kiezen, profiteert u van professionele oplossingen op maat, snelle reactietijden en betrouwbare nauwkeurigheid op het gebied van uw geautomatiseerde afsluiters. Dit maakt uw chemische fabriek productiever en veiliger en verhoogt de winstgevendheid.
Conclusie
Om de winstgevendheid van bedrijven te vergroten, is het essentieel om chemische fabrieken te automatiseren. Concurrentievermogen gaat verder dan alleen productie en kosten; het omvat ook veiligheid, duurzaamheid en de toekomst van de fabriek. Door de beheersing van fundamentele automatiseringstechnologieën wordt de toekomst van chemische fabrieken veiliger en efficiënter. Het overwinnen van implementatie-uitdagingen, het benutten van de basisprincipes van automatisering en het kiezen van de juiste partners leiden tot intelligente fabrieken. Vooruitgang in de automatiseringstechnologie zal de positie van automatisering in de chemische industrie versterken en zo de ontwikkeling van dat segment van de industrie bevorderen.
