Automatisering chemische fabrieken: Voordelen, technologieën en implementatie

Chemische fabrieken vormen de ruggengraat van de moderne chemische productie. Hun ingewikkelde werkstromen en de gevaren die ze met zich meebrengen, vereisen strenge nauwkeurigheid, veiligheid en procesautomatisering in processen. Automatisering is niet langer alleen een middel om de productiviteit te verbeteren; het dient ook als garantie voor betrouwbare fabrieksoperaties en ecologisch evenwicht. Om concurrerend te blijven op de markt moet elk chemisch bedrijf, inclusief chemieproducenten, de basisprincipes van automatisering in de chemische industrie begrijpen, evenals de belangrijkste technologieën en de impact die technologie heeft.

Wat zijn de basisprincipes van automatisering van chemische fabrieken?

Technologieën en systemen die worden gebruikt in een productiefaciliteit zoals een chemische fabriek en die menselijke tussenkomst kunnen ondersteunen of volledig vervangen, worden automatisering van chemische fabrieken genoemd. Het doel van bewaking, besturing en optimalisatie van chemische productieprocessen wordt bereikt door automatisering. Automatisering omvat alle activiteiten, van eenvoudige aan/uit-regeling tot geavanceerde optimalisatie van processen en veiligheidsvergrendelingssystemen. Het nauwkeurig regelen van belangrijke procesparameters (temperatuur, druk, debiet, niveau, enz.) is een procesdoel. Dit resulteert in een consistente productkwaliteit, een verbeterde productie-efficiëntie, lagere bedrijfskosten en meer veiligheid voor personeel en apparatuur. Het vervangen van handmatige processen en het verminderen van handmatige interventies zijn belangrijke aspecten. Het "zenuwstelsel" en "brein" van de fabriek zijn de automatiseringssystemen. Ze bewaken veranderingen binnen het systeem in realtime en geven opdrachten om de productieniveaus te corrigeren.

Belangrijkste voordelen van automatisering in chemische fabrieken

Om te beginnen is een van de grootste voordelen van automatisering dat het de operationele veiligheid sterk verbetert. Automatisering biedt gespecialiseerde systemen die de fabriek in een veilige toestand kunnen brengen tijdens gevaarlijke situaties, waardoor veiligheidsincidenten worden voorkomen en de kans op ongelukken afneemt. Zo kunnen SIL-gecertificeerde geautomatiseerde kleppen in noodsituaties de vloeistofstroom automatisch afsluiten of toestaan. Ze spelen een cruciale rol in veiligheidsvergrendelingssystemen.

Ten tweede verbetert automatisering de effectiviteit en efficiëntie van productieprocessen met een sterk verbeterde uniformiteit. Systemen met automatisering reageren vaker en nauwkeuriger op veranderingen dan een mens dat kan. Door mensen veroorzaakte variaties in de productie worden geminimaliseerd en reactieomstandigheden worden heuristisch geoptimaliseerd. Dit verbetert zowel de productie-output als de totale opbrengst. Een nauwkeurigere controle van chemische reacties en het productieproces leidt tot een betere uniformiteit van de kwaliteit en een lager uitvalpercentage.

Ten derde profiteren kwesties die te maken hebben met productiekosten direct van de aanwezige geautomatiseerde systemen. Met een toename in automatisering wordt handarbeid vervangen door machines, waardoor de arbeidskosten dalen. Bovendien kan een optimale procesbesturing de hoeveelheid grondstoffen en energieverbruik verlagen en productafval verminderen. Dit draagt bij aan verdere kosten- en energiebesparingen. Effectieve automatisering minimaliseert ook overmatige slijtage van machines en apparatuur, waardoor ze langer meegaan en de onderhoudskosten dalen, wat de operationele efficiëntie ten goede komt. Dit biedt een aanzienlijk concurrentievoordeel.

Bovendien kan automatisering de flexibiliteit en het reactievermogen van de fabriek vergroten. Als de marktvraag verandert, kunnen automatiseringssystemen de productieschema's en procesparameters snel aanpassen. Hierdoor kunnen veel verschillende producten in kleine batches worden geproduceerd. Met bewaking op afstand en diagnosefuncties kunnen problemen ook sneller worden opgelost, waardoor de stilstandtijd korter wordt.

Essentiële technologieën voor automatisering

De automatisering van een chemische fabriek is een ingewikkelde structuur. Het is afhankelijk van verschillende kerntechnologieën die samenwerken. Deze technologieën vormen het raamwerk van het automatiseringssysteem. Ze zorgen ervoor dat de productieprocessen kunnen worden bewaakt, beredeneerd en uitstekend geregeld. Weten hoe je kerntechnologieën moet integreren en waarderen is van vitaal belang bij het bouwen en verbeteren van automatiseringssystemen. Een van de belangrijkste technologieën is het DCS-systeem. In dit verband volgen hieronder andere belangrijke kerntechnologieën die de automatisering van chemische fabrieken vergemakkelijken:

Type technologie	Acroniem	Belangrijkste functie	Rol in chemische fabrieken
Gedistribueerd besturingssysteem	DCS	Gedistribueerde besturing, centraal beheer, procesbewaking, alarmverwerking	Bestuurt grote continue of batchprocessen, biedt fabrieksbrede gecoördineerde besturing
Programmeerbare logische controller	PLC	Logische besturing, sequentiebesturing, gegevensverwerving	Stuurt afzonderlijke apparatuur of subsystemen aan, vaak gebruikt voor vergrendeling en opstart-/uitschakelsequenties
Toezichthoudende besturing en gegevensverwerving	SCADA	Bewaking op afstand, gegevensverwerving, gegevensopslag, rapporten genereren	Bewaakt verspreide apparatuur en systemen, biedt een algemeen operationeel overzicht, ondersteunt bediening op afstand en gegevensanalyse
Instrumenteel veiligheidssysteem	SIS	Staat los van het basisprocesregelsysteem, detecteert gevaarlijke omstandigheden en voert veiligheidsfuncties uit	Brengt het proces in noodgevallen in een veilige toestand, vermindert risico's, voldoet aan functionele veiligheidsnormen
Veldbus en industrieel ethernet	Veldbus/Industrieel Ethernet	Verbindt veldapparatuur (sensoren, actuatoren) met besturingssystemen voor gegevensoverdracht en communicatie	Vereenvoudigt bedrading, verbetert efficiëntie en betrouwbaarheid van gegevensoverdracht, ondersteunt gedistribueerde besturing
Sensoren en zenders	Sensoren en zenders	Procesparameters meten (temperatuur, druk, debiet, niveau, enz.), analoge signalen omzetten naar digitaal voor verzending	Krijgen real-time procesgegevens, zijn de "ogen" van het automatiseringssysteem
Actuators	Actuators	Besturingssignalen ontvangen, eindbesturingselementen (zoals kleppen en motoren) aansturen om acties uit te voeren	Besturingscommando's omzetten in fysieke acties, de "handen en voeten" zijn van het automatiseringssysteem

Alles werkt samen als één systeem. Ze worden gecombineerd met behulp van software en netwerkframeworks. Gegevens van de sensoren worden bijvoorbeeld via een veldbus of industrieel ethernet doorgestuurd naar de DCS of PLC. De controller verwerkt de ontvangen informatie met behulp van vooraf gedefinieerde logica en algoritmen. Vervolgens past hij apparatuur in het veld aan met automaten, waaronder belangrijke geautomatiseerde kleppen. Operators krijgen de status van de installatie met de mogelijkheid om aanpassingen te doen via het SCADA-systeem dat een gecentraliseerd overzicht biedt. De veiligheid van de installatie wordt apart van het kernprocesbesturingssysteem geregeld door SIS-systemen die zich volledig richten op het garanderen van de grootst mogelijke veiligheid.

Automatiseringstoepassingen voor chemische processen

De rol van automatisering op het gebied van chemische technologie omvat bijna het hele productieproces in een chemische fabriek:

• Procesbeheersing: Automatisering handhaaft de stroming, temperatuur en druk voor een werkstroom voor reactoren, destillatiekolommen, warmtewisselaars of andere vitale apparatuur. Automatisering bewaakt en regelt processen continu.
• Batchregeling: Voor de fijnchemische en farmaceutische sectoren worden automatiseringssystemen gebruikt voor het toevoegen van materialen, het timen van reactie-intervallen en het vormen van temperatuurprofielen. Een dergelijke strenge controle garandeert herhaalbaarheid van batch tot batch.
• Veiligheidsvergrendeling en noodstop (ESD): Abnormale situaties worden gedetecteerd door SIS-systemen. Om verergerende situaties te beperken, worden automatisch pompen en kleppen gesloten en andere vooraf gedefinieerde veiligheidsacties uitgevoerd.
• Activabeheer en voorspellend onderhoud: Automatiseringssystemen verzamelen metingen over het gebruik van apparatuur. Door deze informatie te evalueren kunnen storingen in apparatuur worden voorspeld, waardoor gepland onderhoud mogelijk wordt. Automatisering minimaliseert reactieve stilstandtijd.
• Energiebeheer: Utiliteitscontrolesystemen kunnen multitasken. Ze kunnen niet alleen toezicht houden op belangrijkere processen, maar ook op minder kritieke processen zoals: koelwater, elektriciteit en stoom. Dit optimaliseert de lagere bedrijfskosten.
• Alarmbeheer: Operators worden via automatiseringssystemen gewaarschuwd voor abnormale situaties. Alarmen worden gefilterd door slimme systemen die operators helpen snel te reageren op kritieke problemen. Automatisering helpt om productieschema's effectief te beheren en gevaarlijke materialen op het juiste moment veilig te behandelen.

De essentiële rol van kleppen in geautomatiseerde systemen

Afsluiters zijn cruciale componenten voor de regeling van vloeistofstromen in elk chemisch automatiseringssysteem. Ze dienen als het beslissende element voor vloeistofstromen en beïnvloeden daarmee de nauwkeurigheid en veiligheid van het hele proces. Zelfs eenvoudige aan/uit-acties vereisen nauwkeurige klepmechanica.

Automatische kleppen zijn uitgerust met actuators, zowel pneumatisch, elektrisch als hydraulisch. Het regelsysteem geeft ze de opdracht om de richting, snelheid of druk van de vloeistof te veranderen. Regelkleppen zijn van groot belang omdat ze evenwichtsaanpassingen kunnen maken in de vloeistofsnelheid volgens de verandering in de stuursignalen die naar hen worden gestuurd. Ze zijn essentieel voor een gesloten regelkring. Veiligheidskleppen of ontlastkleppen zijn van vitaal belang vanuit het oogpunt van veiligheid, omdat ze fungeren als de eerste verdedigingslinie door overdruk af te voeren wanneer vooraf ingestelde automatische drempels worden overschreden, waardoor apparaten en leidingen worden beschermd.

Kleppen zijn van vitaal belang binnen elk automatiseringssysteem. Hoe geavanceerd een besturingssysteem ook is, te slordige, trage of onnauwkeurige kleppen maken de besturing ongeldig. Soms brengen deze systemen ook veiligheidsrisico's met zich mee. Om het automatiseringssysteem van een chemische fabriek soepel te laten functioneren, zijn er dus nauwkeurige geautomatiseerde kleppen nodig die rekening houden met het medium, de temperatuur, de druk en de procesvereisten.

Uitdagingen bij de implementatie van automatisering overwinnen

Het implementeren van automatiseringsprojecten voor chemische fabrieken is niet altijd eenvoudig en kent veel uitdagingen:

Technische integratie en compatibiliteit

De integratie van apparatuur en automatiseringssystemen van verschillende leveranciers is een uitdaging vanwege hun verschillende communicatie-interfaces. De naadloze uitwisseling van informatie tussen systeemcomponenten vereist vakkundige systeemintegratie.

Netwerkbeveiligingsrisico's

Hoe dichter automatiseringssystemen bij bedrijfsnetwerken staan, hoe groter de bedreigingen voor cyberbeveiliging. Besturingsvirussen, malware en cyberaanvallen op besturingssystemen vereisen een sterke verdediging en noodplannen.

Personeelstraining en -verbetering

De automatiseringsintegratie verandert de werkstromen van operators en onderhoudspersoneel. Het personeel moet nu volledig worden opgeleid om de systemen te bedienen, te controleren en te onderhouden. Er moet ook multidisciplinaire training worden georganiseerd.

Kostenbeheersing en rendement op investering

Automatiseringsprojecten gaan meestal gepaard met hoge financiële investeringen vooraf. Besluitvormers hebben grote invloed op het garanderen van de prestaties en betrouwbaarheid van het systeem, terwijl ze de kosten in de hand houden en het rendement op de investering nauwkeurig beoordelen.

Beheer van onderhoud en reserveonderdelen

Net als alle andere systemen vereisen automatiseringssystemen effectief beheer in termen van vaardigheden en hulpmiddelen. De implementatie van onderhoudsstrategieën en het aanhouden van voorraden kritieke reserveonderdelen stroomlijnen het moeiteloos ophalen en vervangen van onderdelen in niet-functionele systemen binnen een gedefinieerde tijdlijn. Dit bevordert op zijn beurt een continue, consistente werking en vermindert, of elimineert zelfs, systeemfouten in de hele automatisering.

Toekomstige trends in automatisering van chemische fabrieken

De automatisering van chemische fabrieken heeft de neiging om slimmer, meer verbonden en onafhankelijker te worden:

• Industrieel internet der dingen (IIoT) en Big Data Analytics: Er zullen meer sensoren en slimme apparaten worden gebruikt om grote hoeveelheden productiegegevens te verzamelen. Big data analytics zal waardevolle inzichten uit deze gegevens halen. Deze worden gebruikt voor procesoptimalisatie, het voorspellen van storingen en het helpen bij beslissingen.
• Kunstmatige intelligentie (AI) en machinaal leren: Het gebruik van algoritmen zal de optimalisatie van de besturing, de voorspelling van de prestaties van apparatuur, de detectie van anomalieën en gebeurtenissen, intelligent alarmbeheer en de algehele systeemprestaties verbeteren. Dit zorgt voor verbeteringen in het leer- en aanpassingsgedrag van systemen.
• Digitale tweeling: Een installatiemodel virtueel bouwen. Een dergelijk model kan de werking van de fabriek simuleren met behulp van realtime gegevens die processen kunnen optimaliseren en helpen bij de training van operators en risico-evaluatie, dus voorspellen en optimaliseren. Digitale transformatie stimuleert de toepassing van deze technologieën.
• Cloud Computing en Edge Computing: Cloud computing biedt robuuste gegevensverwerking en -opslag, terwijl edge computing de verwerking en besturing van apparaten dicht bij de werkvloer brengt. Dit verhoogt de responstijd en verbetert de veiligheid van de gegevens.
• Augmented Reality (AR) / Virtual Reality (VR): AR/VR-technologie zal worden gebruikt voor veldonderhoud, het begeleiden van operaties en het trainen van personeel, wat de efficiëntie en veiligheid zal verbeteren.

De juiste automatiseringsoplossingen selecteren

Het selecteren van de juiste automatiseringsoplossingen is cruciaal voor een chemische fabriek. Het is van cruciaal belang om een betrouwbare partner te hebben die echt waarde biedt. In de afgelopen tien jaar heeft VINCER zich als technologiebedrijf gericht op geautomatiseerde afsluiters en behoort nu tot de leiders op dit gebied. VINCER biedt diensten van hoge kwaliteit en grote waarde met onze one-stop geautomatiseerde afsluiterservices.

VINCER levert elektrische kleppen, pneumatische kleppen, kogelkranen, vlinderkleppen, magneetkleppen en andere geautomatiseerde klepproducten van opmerkelijke kwaliteit. Met uitgebreide kennis van diverse industrieën biedt VINCER gespecialiseerde en professionele configureerbare klepopties. VINCER bestudeert de vereisten van de klant binnen acht parameters: mediumanalyse, temperatuuranalyse, mediumdrukanalyse, bepaling van de aansluitingsnorm, besturingsmethode (manueel/elektrisch/pneumatisch), materiaalvereisten, opening/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 is ISO9001 gecertificeerd, waardoor een betrouwbare productie en kwaliteitscontrole in de grote fabriek van VINCER met geavanceerde apparatuur is gegarandeerd. VINCER biedt snelle respons en professionele service, met snelle offertes en efficiënte levertijden. Er wordt professionele after-sales ondersteuning geboden.

Als u VINCER als partner kiest, krijgt u professionele oplossingen op maat, snelle reactietijden en betrouwbare nauwkeurigheid met betrekking tot uw geautomatiseerde afsluiters. Dit maakt uw chemische fabriek productiever, veiliger en verhoogt de winstgevendheid.

Conclusie

Om de winstgevendheid van bedrijven te verbeteren, is het essentieel om chemische fabrieken te automatiseren. Concurrentievermogen gaat verder dan productie en kosten; het omvat ook veiligheid, duurzaamheid en de toekomst van de fabriek. Beheersing van basis automatiseringstechnologieën zal de toekomst van chemische fabrieken veiliger en efficiënter maken. Het overwinnen van implementatie-uitdagingen, het gebruik maken van de basisprincipes van automatisering en het kiezen van de juiste partners zorgt voor intelligente fabrieken. Vooruitgang in automatiseringstechnologie zal de automatisering in de chemische industrie versterken en zo dat segment van de industrie ontwikkelen.