DE102004008251A1

DE102004008251A1 - Process control device for automation system, has logic-module evaluating data from sensors and actuators, and selecting data to be transferred based on evaluation, where sensors, actuators and module are integrated as one component

Info

Publication number: DE102004008251A1
Application number: DE200410008251
Authority: DE
Inventors: Frank Dr. Schiller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-02-19
Filing date: 2004-02-19
Publication date: 2005-09-29

Abstract

The device has two sensors (1) for redundant detection of process data, physical and machine states of a process and/or equipment. Two actuators (2) are provided for redundant intervention in the process. A logic-module evaluates the data from the sensors and/or the actuators, and selects the data to be transferred based on the evaluation, where the sensors, actuators and the module are integrated as a component (6). Independent claims are also included for the following: (A) a method of process control (B) a system for process control with a process control device.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, ein Verfahren sowie ein System zur Prozessführung, insbesondere in der Automatisierungstechnik mittels intelligenter Sensorik/Aktorik mit interner Redundanz.The The invention relates to a device, a method and a system for process control, especially in automation technology by means of intelligent Sensor / actuator with internal redundancy.

Die Sicherheit und Verfügbarkeit von Produktionsanlagen wird von allen beteiligten Komponenten bestimmt. Sicherheit ist vor allem im Bereich der Prozessautomatisierung besonders wichtig. Für die Automatisierungstechnik bedeutet das, dass sowohl Sensoren als auch Aktoren sowie Steuerungen und Kommunikationseinrichtungen den sicherheitstechnischen Anforderungen genügen müssen. Die sicherheitstechnischen Anforderungen werden in der Regel dadurch erfüllt, dass ein Großteil der beteiligten Komponenten redundant ausgelegt ist. Unter Redundanz wird ein funktionsbereites Vorhandensein von mehr als den zur Funktionserfüllung unbedingt erforderlichen technischen Mitteln, die der Erhöhung der funktionalen Sicherheit von Geräten und Systemen dienen, verstanden.The Security and availability of production plants is determined by all involved components. Safety is especially important in the field of process automation important. For the Automation technology means that both sensors and Actuators as well as controls and communication devices the safety-related requirements met have to. The safety requirements are usually characterized Fulfills, that much the components involved is designed to be redundant. Under redundancy becomes a ready-to-operate presence of more than the one required to perform the function technical means of increasing the functional safety of devices and systems serve, understood.

Beispielsweise messen in hochverfügbaren Systemen in der Regel mehrere Sensoren die gleiche Messgröße. Das Versagen eines derartigen redundanten Sensors wird durch die Verwendung von Signalen der anderen beteiligten Sensoren ausgeglichen. In einem sogenannten Logik-Baustein wird durch Vergleich der erhobenen bzw. gemessenen Signale darüber entschieden, welche Signale tatsächlich zur Leittechnik übertragen und dort verwendet werden.For example Measure in highly available systems usually several sensors have the same measured value. The failure of such a redundant sensor is by the use of signals of others compensated sensors involved. In a so-called logic module is decided by comparing the collected and measured signals, which signals actually transferred to the control system and used there.

In fehlersicheren Systemen reicht es aus, zu Erkennen, dass ein Versagen vorliegt. Das geschieht beispielsweise durch eine Grenzwertüberwachung im Logik-Baustein oder ebenfalls durch einen Vergleich der erhobenen Signale verschiedener Sensoren.In Fail-safe systems, it is sufficient to recognize that a failure is present. This happens, for example, by a limit value monitoring in Logic building block or likewise by a comparison of the raised Signals from different sensors.

Für die Stellglieder im Rahmen der Prozessautomatisierung, also die sogenannten Aktoren gelten die oben angeführten Ausführungen entsprechend. Aktoren werden ebenfalls redundant ausgelegt im Rahmen der Prozessautomatisierung. Bei Ausfall eines Aktors werden die Signale, die zur Steuerung des Prozesses verwendet werden, von einem entsprechenden redundanten Aktor gegeben.For the actuators in the context of process automation, ie the so-called actuators the above apply versions corresponding. Actuators are also designed redundantly in the frame the process automation. If one actuator fails, the Signals used to control the process from a corresponding one given redundant actuator.

Die von den Sensoren bzw. Aktoren gelieferten Signale werden heutzutage in der Regel in einer Ein-/Ausgabebaugruppe oder in einer Steuerung verarbeitet. Für die Verarbeitung der gelieferten Signale können jedoch auch Logik-Bausteine der jeweiligen Sensoren bzw. Aktoren selbst oder Logik-Bausteine der Steuerung verwendet werden. Hierbei sind die einzelnen Komponenten in der Regel getrennt voneinander realisiert.The Signals supplied by the sensors or actuators are nowadays usually in an input / output module or in a controller processed. For However, the processing of the supplied signals can also logic modules the respective sensors or actuators themselves or logic modules of Control can be used. Here are the individual components usually realized separately from each other.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist nunmehr, die Signalgeber, insbesondere Sensoren und Aktoren, mit den entsprechenden Auswerteeinheiten, insbesondere Logik-Bausteinen, in kompakter Form zu realisieren.The Object of the present invention is now, the signal generator, in particular sensors and actuators, with the corresponding evaluation units, In particular, logic devices to realize in a compact form.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Prozessführung, insbesondere in der Automatisierungstechnik, innerhalb der mindestens zwei Erfassungsmittel zur redundanten Erfassung von Prozessdaten, Aggregatzuständen und/oder Maschinenzuständen eines Prozesses und/oder einer Anlage vorgesehen sind und/oder mindestens zwei Stellglieder zum redundanten Eingreifen in den Prozess und/oder die Anlage vorgesehen sind und mindestens ein Logik-Baustein zur Auswertung der von den redundanten Erfassungsmitteln und/oder den redundanten Stellgliedern gelieferten Daten und zur Auswahl von zu übertragenden Daten auf Basis der Auswertung vorgesehen ist, wobei die redundanten Erfassungsmittel und/oder die redundanten Stellglieder und der Logik-Baustein als eine Komponente ausgebildet sind.The Task is solved by a device for process control, in particular in the Automation technology, within the at least two detection means for redundant acquisition of process data, states of aggregation and / or machine states a process and / or an installation are provided and / or at least two actuators for redundant intervention in the process and / or the system is provided and at least one logic device for Evaluation of the redundant detection means and / or the redundant actuators supplied data and to select from to be transferred Data is provided on the basis of the evaluation, wherein the redundant Detection means and / or the redundant actuators and the logic device are formed as a component.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Realisierung der verschiednen Komponenten, beispielsweise Sensoren oder Aktoren und Logik-Bausteinen, welche im Rahmen eines Automatisierungssystems Verwendung finden, möglichst einfach und kostengünstig gestaltet werden sollte. Hierzu ist es vorteilhaft, Sensoren oder Aktoren oder gegebenenfalls beide Komponenten gemeinsam mit dem Logik-Baustein, welcher als Auswerteeinheit der von den Sensoren und Aktoren gelieferten Signale dient, in einer Komponente zu implementieren. Durch die redundante Auslegung der Sensoren bzw. Aktoren ist die Hochverfügbarkeit bzw. Fehlersicherheit des Systems gewährleistet. Die Integration der Sensoren und Aktoren mit dem Logikbaustein auf einer Komponente führt zu einer kostengünstigeren Möglichkeit, die Komponente herzustellen. Des Weiteren sorgt die Realisierung auf einer Komponente für eine geringere Fehleranfälligkeit, beispielsweise bei der Übertragung von Signalen. Innerhalb der Komponente kann eine fehlersichere Datenübertragung auf einfachere Weise realisiert werden.Of the Invention is based on the finding that a realization the various components, such as sensors or actuators and logic modules, which in the context of an automation system Use, if possible easy and inexpensive should be designed. For this it is advantageous sensors or Actuators or possibly both components together with the Logic block, which as an evaluation unit of the sensors and actuators supplied signals serves to implement in one component. Due to the redundant design of the sensors or actuators is the high Availability or fail-safe system guaranteed. The integration of the sensors and actuators with the logic module on a component leads to a cheaper one Possibility, to manufacture the component. Furthermore, the realization ensures on a component for a lower error rate, for example, during transmission of signals. Within the component can be a fail-safe data transfer be realized in a simpler way.

Statt mehrerer Komponenten wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung nur eine Komponente benötigt, die gegebenenfalls Sensoren und Aktoren bzw. ausschließlich Sensoren oder Aktoren beinhaltet. Es wird keine Ein-/Ausgabebaugruppe im weiteren Verlauf zur Aufbereitung der Daten für die Steuerung benötigt.Instead of several components is achieved by the device according to the invention just one component needed the optionally sensors and actuators or only sensors or actuators. There will be no input / output module in further course for the preparation of the data for the control needed.

Im Fall, dass Logikbausteine verwendet werden, wird statt bisher benötigten mehreren intelligenten Sensoren/Aktoren mit dem erfindungsgemäßen System nur noch einer benötigt. Insgesamt wird die Steuerung durch die erfindungsgemäße Vorrichtung entlastet, da eine Auswertung der erhobenen Signale und eine entsprechende Weiterleitung des ausgewählten Signals bereits von der erfindungsgemäßen Komponente durchgeführt werden.In the case that logic modules are used, instead of previously required several intelligen th sensors / actuators with the system according to the invention requires only one. Overall, the control is relieved by the device according to the invention, since an evaluation of the collected signals and a corresponding forwarding of the selected signal are already performed by the component according to the invention.

Dadurch, dass die Logik in die periphere Komponente integriert wird, wird eine Erhöhung der Flexibilität des gesamten Automatisierungssystems erreicht. Insbesondere bei einer freien Programmierbarkeit des Logikbausteins wird eine sehr hohe Flexibilität des Systems erzielt.Thereby, that the logic is integrated into the peripheral component becomes an increase the flexibility reached the entire automation system. Especially at a free programmability of the logic device is a very high flexibility of the system.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Unteransprüchen genannt.Further advantageous embodiments of the invention are mentioned in the dependent subclaims.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert.in the The invention will be described below with reference to the FIG embodiment described in more detail and explained.

1 zeigt ein Schema einer intelligenten Sensorik/Aktorik mit interner Redundanz für hochverfügbare und/oder fehlersichere Anwendungen. Auf einer Komponente 6 sind im Rahmen der erfindungsgemäßen Vorrichtung Erfassungsmittel 1, insbesondere Sensoren, realisiert. Die Erfassungsmittel 1 sind redundant, d.h. doppelt ausgelegt. Den Erfassungsmitteln 1 nachgeordnet ist ein Logik-Baustein 3 realisiert. Die von den Erfassungsmitteln 1 gemessenen Werte, insbesondere Prozessdaten, werden in dem Logik-Baustein 3 verarbeitet. 1 shows a scheme of intelligent sensors / actuators with internal redundancy for fault-tolerant and / or fail-safe applications. On a component 6 are in the context of the device according to the invention detecting means 1 , in particular sensors realized. The detection means 1 are redundant, ie designed twice. The detection means 1 downstream is a logic device 3 realized. The of the detection means 1 measured values, in particular process data, are stored in the logic module 3 processed.

Auf der Komponente 6 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel weiterhin zwei Stellglieder 2, insbesondere Aktoren, zur Steuerung eines Prozesses oder einer Anlage 4 ausgebildet. Die Aktoren 2 sind ebenfalls redundant ausgebildet. Die von den Aktoren 2 kommenden Signale werden ebenfalls mittels eines Logikbausteins 3 verarbeitet.On the component 6 are in the illustrated embodiment, two actuators 2 , in particular actuators, for controlling a process or a plant 4 educated. The actors 2 are also redundant. The of the actors 2 incoming signals are also by means of a logic device 3 processed.

Hierbei können die Erfassungsmittel 1 und die Stellglieder 2 über getrennte Logik-Bausteine 3 verarbeitet werden, wie in der Figur dargestellt. Es ist jedoch ebenso vorstellbar, dass nur ein einziger Logik-Baustein 3 für die Verarbeitung von Signalen, welche sowohl von den Erfassungsmitteln 1 als auch den Stellgliedern 2 kommen, verantwortlich ist. Ebenso ist vorstellbar, dass mehr als zwei Sensoren im Rahmen einer derartigen Komponente 6 realisiert werden. Es können auch mehr als zwei Aktoren 2 im Rahmen einer derartigen Komponente 6 realisiert werden. Eine Realisierung von Sensoren 1 und Aktoren 2 auf einer Komponente 6, wie im Ausführungsbeispiel dargestellt, ist auch nicht notwendig. Ebenso können ausschließlich Sensoren 1 mit einem Logikbaustein 3 auf einer einzigen Komponente 6 realisiert werden und ausschließlich Aktoren 2 mit einem Logik-Baustein 3 auf einer weiteren derartigen Komponente 6 realisiert werden.In this case, the detection means 1 and the actuators 2 via separate logic modules 3 are processed as shown in the figure. However, it is equally conceivable that only a single logic device 3 for the processing of signals, both from the detection means 1 as well as the actuators 2 come, is responsible. It is also conceivable that more than two sensors in the context of such a component 6 will be realized. It can also have more than two actuators 2 in the context of such a component 6 will be realized. A realization of sensors 1 and actuators 2 on a component 6 as shown in the embodiment, is also not necessary. Likewise, only sensors can 1 with a logic device 3 on a single component 6 be realized and only actuators 2 with a logic device 3 on another such component 6 will be realized.

Die von den Komponenten 6 gelieferten Signale werden nach der Auswertung durch die Logik-Bausteine 3 an eine Steuerung 5 übertragen. Ebenso bekommen die Komponenten 6 von der Steuerung 5 die entsprechenden Signale bzw. Informationen, um mittels der Aktoren 2 den Prozess bzw. die Anlage 4 zu steuern.The of the components 6 delivered signals are after evaluation by the logic modules 3 to a controller 5 transfer. Likewise, the components get 6 from the controller 5 the corresponding signals or information to the means of the actuators 2 the process or the plant 4 to control.

Von den Sensoren 1 bzw. den Aktoren 2 gemeldete Signale werden im Logik-Baustein 3 verglichen. Der Logik-Baustein 3 kann jedoch auch zur Grenzwert-Überwachung der von den Sensoren 1 und den Aktoren 2 gelieferten Daten dienen. Hierbei bestimmt der Logik-Baustein 3 die Verwendung der Sensoren 1 bzw. der Aktoren 2 als hochverfügbare oder fehlersichere Sensoren 1 bzw. Aktoren 2.From the sensors 1 or the actuators 2 Signals reported are in the logic block 3 compared. The logic device 3 However, it can also be used for limit monitoring of the sensors 1 and the actors 2 serve the data supplied. This is determined by the logic block 3 the use of the sensors 1 or the actuators 2 as fault-tolerant or fail-safe sensors 1 or actuators 2 ,

Die Realisierung einer derartigen Komponente 6 ist durch die zunehmende Miniaturisierung der einzelnen Bauteile mittlerweile möglich, so dass mehrere Sensoren oder Aktoren zusammen mit einem Logik-Baustein 3 in einer derartigen Komponente 6 kostengünstig hergestellt werden können.The realization of such a component 6 is now possible due to the increasing miniaturization of individual components, so that multiple sensors or actuators together with a logic device 3 in such a component 6 can be produced inexpensively.

Claims

Device for process control, in particular in automation technology, within the - at least two detection means ( 1 ) for the redundant acquisition of process data, physical states and / or machine states of a process and / or a plant ( 4 ) and / or - at least two actuators ( 2 ) for redundant intervention in the process and / or the plant ( 4 ) are provided and - at least one logic device ( 3 ) for the evaluation of the redundant detection means ( 1 ) and / or the redundant actuators ( 2 ) and for selecting data to be transmitted on the basis of the evaluation, wherein the redundant detection means ( 1 ) and / or the redundant actuators ( 2 ) and the logic device ( 3 ) as a component ( 6 ) are formed.

Device according to Claim 1, characterized in that the logic module ( 3 ) for comparison of the data collected by the 1 ) and / or the actuators ( 2 ) is provided.

Device according to Claim 1, characterized in that the logic module ( 3 ) for limit monitoring of the detection means ( 1 ) and / or the actuators ( 2 ) delivered Data is provided.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the logic module ( 3 ) for determining the use of the detection means ( 1 ) and / or the actuators ( 2 ) as highly available or fail-safe detection means ( 1 ) and / or actuators ( 2 ) is provided.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device has at least two detection means ( 1 ) and a logic device ( 3 ).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device via at least two actuators ( 1 ) and a logic device ( 3 ).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the data to be transmitted for transmission to a control system or to a controller ( 5 ) are provided.

Method for process control, in particular in automation technology, in which - process data, states of aggregation and / or machine states of a process and / or a plant ( 4 ) by at least two redundant detection means ( 1 ) and / or - in the process and / or the plant ( 4 ) by at least two redundant actuators ( 2 ) is intervened and - that of the redundant detection means ( 1 ) and / or the redundant actuators ( 2 ) supplied by at least one logic module ( 3 ) and data to be transmitted are selected on the basis of the evaluation, wherein the redundant detection means ( 1 ) and / or the redundant actuators ( 2 ) and the logic device ( 3 ) as a component ( 6 ) are formed.

A method according to claim 8, characterized in that the of the detection means ( 1 ) and / or the actuators ( 2 ) supplied by the logic module ( 3 ).

A method according to claim 8, characterized in that the of the detection means ( 1 ) and / or the actuators ( 2 ) supplied by the logic module ( 3 ) are subject to limit monitoring.

Method according to one of claims 8 to 10, characterized in that the logic module ( 3 ) the use of the detection means ( 1 ) and / or the actuators ( 2 ) as fault-tolerant or fail-safe detection means ( 1 ) and / or actuators ( 2 ) certainly.

Method according to one of claims 8 to 11, characterized in that the data to be transmitted to a control system or to a controller ( 5 ) be transmitted.

System for process control, especially in the Automation technology, with at least one device after one the claims 1 to 7.