Integrated simulation-based process and automation engineering

Abstract

Process and automation design of process plants are performed using computer aided design tools in a managed engineering workflow. Process simulation has traditionally not been used as an integrated part of the workflow in early design phases. Dynamic process simulation can be utilised in plant design to mitigate risks and reduce costs of design, commissioning and operation and improve safety. Dynamic process simulation shall be integrated into the workflow by reducing the effort needed for exploiting simulation. This requires that process simulation tools are integrated with process and automation design tools.

In this thesis the characteristics of integrated simulation-based process and automation engineering in process plant design was studied and an integration based on a standard engineering data format was designed, implemented and tested. Dynamic process simulation software Apros was integrated with automation design tools. Automation basic design is performed in Apros and the Apros automation data is transferred into detailed automation design in standard format. The IEC 61131-3-based PLCopen XML was chosen as the data format. Apros automation data was mapped into the standard format and transformed using model transformation. The generated automation data was imported into automation design tools for validation. The results confirm that process simulation software can be integrated with design tools using standard data formats to enable an integrated simulation-based engineering workflow.

Prosessilaitosten prosessi- ja automaatiosuunnittelu suoritetaan tietokone-avusteisesti määritetyssä työnkulussa. Prosessisimulointia ei ole perinteisesti käytetty integroituna osana suunnittelun työnkulkua varhaisissa suunnitteluvaiheissa. Laitosten suunnittelun, käyttöönoton ja käytön riskejä ja kustannuksia voidaan pienentää ja turvallisuutta parantaa hyödyntämällä dynaamista prosessisimulointia suunnittelussa. Dynaaminen prosessisimulointi on integroitava suunnittelun työnkulkuun alentamalla simuloinnin hyödyntämisen kynnystä. Tämä vaatii prosessisimulointityökalujen integrointia prosessi- ja automaatiosuunnittelutyökalujen kanssa.

Tässä työssä tutkittiin integroidun simulointipohjaisen prosessilaitossuunnittelun piirteitä prosessi ja automaatiosuunnittelun aloilla ja yksi standardipohjaiseen suunnittelutiedon esitystapaan perustuva integrointi suunniteltiin, toteutettiin ja testattiin. Dynaaminen prosessisimulointiohjelmisto Apros integroitiin automaatio-suunnittelutyökalujen kanssa. Automaation perussuunnittelu suoritetaan Aprosissa ja suunnittelutieto siirretään standardimuotoisena automaation yksityiskohtaiseen suunnitteluun. IEC 61131-3 -pohjainen PLCopen XML valittiin tiedon esitystavaksi. Aprosin automaatiosuunnittelutieto kuvattiin IEC 61131-3 muotoon ja esitystavan muuntamisessa hyödynnettiin mallitransformaatiota. Tuotettu automaatiosuunnittelutieto validoitiin tuomalla se automaatiosuunnittelutyökaluihin. Työn tulokset osoittavat, että prosessisimulointityökalut voidaan integroida suunnittelu-työkalujen kanssa hyödyntämällä standardoituja suunnittelutiedon esitystapoja, jolloin integroitu simulointipohjainen suunnittelun työnkulku mahdollistuu.