DE102007028647B4 - System for wiring the automation and control technology of a technical system - Google Patents

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Abstract

System zur Verkabelung von Feldgeräten an eine übergeordnete Leittechnik oder Steuerung mittels eines Feldbusses mit wenigstens einem Leittechnikschrank (LT) für die übergeordnete Leittechnik oder Steuerung, wobei
– der wenigstens eine Leittechnikschrank (LT) mittels mehrerer Profibuslinien mit wenigstens einer Schnittstelle verbunden ist,
– die Schnittstelle mit einem Konverter zur Umwandlung der Signale der Schnittstelle auf ein Ethernet-Datennetz zusammenwirkt,
– der Konverter über ein Netzwerkkabel mit einem Ethernet-Switch verbunden ist,
– der Ethernet-Switch die ankommenden Profibuslinien zu einem einzigen Ethernet-Kabel zusammenfasst,
– das Ethernet-Kabel den Ethernet-Switch (ES1) mit einer Feldbusverteilstation (FBS) verbindet, und
– ein in der Feldbusverteilstation (FBS) angeordneter weiterer Ethernet-Switch (ES2) das Ethernet-Kabel wieder in einzelne Profibuslinien zur Steuerung von daran angeschlossenen Feldgeräten (T) aufsplittert.System for wiring field devices to a higher-level control system or control by means of a fieldbus with at least one control cabinet (LT) for the higher-level control or control, wherein
- The at least one control cabinet (LT) is connected by means of several Profibuslinien with at least one interface,
The interface interacts with a converter for converting the signals of the interface to an Ethernet data network,
The converter is connected to an Ethernet switch via a network cable,
- the Ethernet switch combines the incoming Profibus lines into a single Ethernet cable,
- The Ethernet cable connects the Ethernet switch (ES1) to a fieldbus distribution station (FBS), and
A further Ethernet switch (ES2) arranged in the fieldbus distribution station (FBS) splits the Ethernet cable back into individual Profibus lines for controlling field devices (T) connected thereto.

Figure DE102007028647B4_0001
Figure DE102007028647B4_0001

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Verkabelung der Automatisierungs- und Leittechnik einer technischen Anlage, insbesondere einer Kraftwerksanlage, mittels eines Feldbussystems gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a system for cabling the automation and control technology of a technical system, in particular a power plant, by means of a fieldbus system according to the preamble of claim 1.

Aus der DE 11 2004 000 242 T5 ist ein Verarbeitungsbetrieb, beispielsweise der Chemie- oder Erdölindustrie, bekannt, bei dem eine Vielzahl von Feldeinrichtungen mit einer Prozesssteuereinheit zur Steuerung der Feldeinrichtungen verbunden sind, wobei die herkömmlichen, nichtintelligenten der Feldeinrichtungen über Analogleitungen und die intelligenten der Feldeinrichtungen über einen Digitalbus mit der Prozesssteuereinheit verbunden sind. Der Prozesssteuereinheit übergeordnet sind mehrere Bedienerworkstations und eine Stammdateneinheit, welche mit der Prozesssteuereinheit über einen Ethernet-basierten Bus verbunden sind. Außerdem hängt an dem Ethernet-basierten Bus ein Webserver, welcher mittels einer drahtgebundenen oder drahtlosen Nachrichtenverbindung mit einer vom Verarbeitungsbetrieb entfernt angeordneten Serviceeinrichtung kommuniziert.From the DE 11 2004 000 242 T5 is a processing plant, for example, the chemical or petroleum industry, known in which a plurality of field devices are connected to a process control unit for controlling the field devices, the conventional, non-intelligent of the field devices connected via analog lines and the intelligent of the field devices via a digital bus to the process control unit are. The process control unit is superordinated by a plurality of operator workstations and a master data unit, which are connected to the process control unit via an Ethernet-based bus. In addition, the Ethernet-based bus hangs on a web server, which communicates by means of a wired or wireless communication link with a remote from the processing plant service facility.

Die gegenwärtig eingesetzte Verkabelungstechnik zur Übertragung der Signale zwischen einer übergeordneten Leittechnik oder Steuerung zu den Feldbusverteilstationen mittels eines Feldbusses basierend auf einer RS485-Kommunikation unter Verwendung eines Profibusses wird nachfolgend beschrieben.The cabling technique currently used for transmitting the signals between a higher-level control system or control to the field bus distribution stations by means of a field bus based on RS485 communication using a Profibus is described below.

In 1 ist eine beispielhafte Verkabelung zwischen der übergeordneten Leittechnik oder Steuerung und den Feldbusverteilstationen FBS, auch Feldbusstationen genannt, gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Für die Verkabelung wird eine Vielzahl von Lichtwellenleitern eingesetzt, welche die üblicherweise in einem Leittechnikraum befindlichen Leittechnikschränke LT mit entsprechenden Ringkoppler-Verteilerschränken RK verbinden. Die Ringkoppler-Verteilerschränke sind wiederum über einen Profibus und Rangierverteilerschränke V mit in der Feldebene angeordneten Feldbusverteilstationen FBS und daran angeschlossenen Feldgeräten T verbunden.In 1 is an exemplary wiring between the higher-level control or control and the fieldbus distribution stations FBS, also called field bus stations, shown according to the prior art. For the wiring, a plurality of optical waveguides is used, which connect the usually located in a control room control cabinets LT with corresponding ring coupler distribution cabinets RK. The ring coupler distribution cabinets are in turn connected via a Profibus and Rangierverteilerschränke V with arranged in the field level Feldbusverteilstationen FBS and attached field devices T.

Die Verkabelung des Systems mittels Profibus bedingt aufgrund der im Profibus-Standard festgelegten Kommunikationsverfahren Restriktionen bezüglich der Leitungslängen, der Übertragungsgeschwindigkeiten sowie der festgelegten Anzahl der Geräte bzw. Teilnehmer an einer Buslinie. Daraus resultieren in einer großen industriellen Anlage, wie beispielsweise einem Kraftwerk, hohe Verkabelungsaufwendungen, da eine große Anzahl von Buslinien unter Nutzung von Lichtwellenleitern vom zentralen Elektronikraum ins Feld zu den einzelnen Geräten geführt werden müssen.The wiring of the system by means of Profibus requires due to the specified in the Profibus standard communication restrictions on the cable lengths, the transmission speeds and the specified number of devices or participants on a bus line. This results in a large industrial plant, such as a power plant, high cabling costs, since a large number of bus lines using optical fibers from the central electronics room in the field to the individual devices must be performed.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde ein System zur Verkabelung von Feldgeräten mit einer übergeordneten Leittechnik oder Steuerung einer technischen Anlage, insbesondere einer Kraftwerksanlage, anzugeben, wodurch vorgenannte Nachteile des Standes der Technik überwunden werden. Mit dem erfindungsgemäßen System zur Verkabelung der Automatisierungs- und Leittechnik einer technischen Anlage sollen insbesondere die Verkabelungskosten reduziert und die Flexibilität der Profibusbelegung bei der Planung erhöht werden.The invention is accordingly an object of the invention to provide a system for cabling of field devices with a higher-level control or control of a technical system, in particular a power plant, which overcomes the aforementioned disadvantages of the prior art. With the system according to the invention for cabling the automation and control technology of a technical system, in particular the cabling costs are to be reduced and the flexibility of the Profibus occupancy in planning to be increased.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein System zur Verkabelung von Feldgeräten an eine übergeordnete Leittechnik oder Steuerung einer technischen Anlage, insbesondere einer Kraftwerksanlage, mittels eines Feldbusses mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen des erfindungsgemäßen Systems sind in weiteren Ansprüchen und in der Beschreibung angegeben.This object is achieved by a system for wiring of field devices to a higher-level control or control of a technical system, in particular a power plant, by means of a fieldbus with the features specified in claim 1. Advantageous embodiments and improvements of the system according to the invention are specified in further claims and in the description.

Erfindungsgemäß umfasst das System zur Verkabelung von Feldgeräten an eine übergeordnete Leittechnik oder Steuerung einer technischen Anlage in einem Leittechnikraum befindliche Leittechnikschränke für die übergeordnete Leittechnik oder Steuerung. Die Leittechnikschränke sind mittels mehrerer Netzwerkverbindungen, vorzugsweise mehrerer Profibuslinien, mit wenigstens einer Schnittstelle, beispielsweise einer RS485-Schnittstelle, verbunden. Die Schnittstelle wirkt mit einem Konverter zur Umwandlung der Signale der Schnittstelle auf ein Ethernet-Datennetz zusammen. Der Konverter ist über ein Netzwerkkabel, vorzugsweise ein aus Kupferkabeln aufgebautes Buskabel, auch als Patch-Kabel bezeichnet, mit einer Netzwerk-Komponente zur Verbindung mehrerer Netz-Segmente, beispielsweise einem Ethernet-Switch, verbunden. Der Ethernet-Switch ist dafür vorgesehen, die ankommenden Profibuslinien zu einem einzigen Ethernet-Kabel, welches aus Glasfaserkabeln oder Kupferkabeln aufgebaut ist, zusammenzufassen. Das Ethernet-Kabel ist mit der jeweiligen Feldbusstation verbunden.According to the invention, the system for cabling of field devices to a superordinate control system or control of a technical system located in a control room control cabinets for the higher-level control or control. The control cabinets are connected by means of several network connections, preferably several Profibuslinien, with at least one interface, such as an RS485 interface. The interface interacts with a converter to convert the interface signals to an Ethernet data network. The converter is connected via a network cable, preferably a bus cable made of copper cables, also referred to as a patch cable, to a network component for connecting a plurality of network segments, for example an Ethernet switch. The Ethernet switch is designed to combine the incoming Profibus lines into a single Ethernet cable made up of fiber optic cables or copper cables. The Ethernet cable is connected to the respective fieldbus station.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen die Zuordnung der Profibuslinien zu den Steuerungen der Feldgeräte der technischen Anlage mittels einer entsprechenden Software zu realisieren.In an advantageous embodiment of the system according to the invention, it is provided to realize the assignment of the Profibus lines to the controllers of the field devices of the technical system by means of an appropriate software.

Das erfindungsgemäße System ermöglicht in vorteilhafter Weise die bei den bislang eingesetzten Verkabelungssystemen vorgesehenen Lichtwellenleiter, Ringkopplerverteilerschränke und Rangierverteilerschränke einzusparen und so die Anzahl der zu verlegenden Lichtwellenleiter auf wenige Ethernet-Linien zu reduzieren, wodurch eine bessere Ausnutzung der Systemressourcen bei einem wesentlich geringeren Stromverbrauch erreichbar ist.The system according to the invention advantageously makes it possible to save the optical waveguides, annular coupler distribution cabinets and patch panels provided in the previously used cabling systems and thus reduce the number of optical waveguides to be laid to a few Reduce Ethernet lines, allowing better use of system resources while consuming much less power.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der Verringerung des Platzbedarfs des erfindungsgemäßen Systems, da weniger Hardware benötigt wird.Another advantage results from the reduction of the space requirement of the system according to the invention, since less hardware is needed.

Mit dem erfindungsgemäßen System wird desweiteren durch die Reduzierung des Verdrahtungsaufwandes die Verfügbarkeit des Gesamtsystems erhöht und eine deutliche Kosteneinsparung erreicht.Furthermore, with the system according to the invention, the availability of the overall system is increased by the reduction of the wiring effort and a significant cost saving is achieved.

Das erfindungsgemäße System ist insbesondere für die Verkabelung der Automatisierungs- und Leittechnik einem Kraftwerk vorgesehen.The system according to the invention is provided in particular for the cabling of the automation and control technology of a power plant.

Anhand des in den folgenden Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles sollen die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen, Verbesserungen und weitere Vorteile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.Reference to the embodiment shown in the following figures, the invention and advantageous refinements, improvements and other advantages of the invention will be explained and described in detail.

Es zeigen:Show it:

1 ein System zur Verkabelung einer Automatisierungs- und Leittechnik einer technischen Anlage nach dem Stand der Technik, 1 a system for wiring an automation and control technology of a technical system according to the prior art,

2 ein beispielhaftes Verkabelungssystem der Automatisierungs- und Leittechnik einer Kraftwerksanlage, und 2 an exemplary cabling system of the automation and control of a power plant, and

3 eine detaillierte Ausführung des erfindungsgemäßen Systems zur Verkabelung von Feldgeräten an eine übergeordnete Leittechnik oder Steuerung. 3 a detailed embodiment of the system according to the invention for wiring of field devices to a higher-level control or control.

2 zeigt ein System zur Verkabelung von Feldgeräten an eine übergeordnete Leittechnik oder Steuerung mittels eines Feldbusses am Beispiel einer Kraftwerksanlage mit mehreren in einem Leittechnikraum 1 befindlichen Leittechnikschränken LT für die übergeordnete Leittechnik oder Steuerung, wobei die aus den Leittechnikschränken LT herausgeführten Profibuslinien über Ethernet-Konverter zu einem Ethernet-Switch ES1 geführt werden, welcher die Profibuslinien zu jeweils einem einzigen Ethernetkabel bündelt. Das Ethernetkabel verbindet den Ethernet-Switch ES1 mit der entsprechenden in der Feldebene 2 angeordneten Feldbusverteilstation FBS und wird in der Feldbusverteilstation FBS wieder in einzelne Profibuslinien aufgesplittert, die zu den jeweiligen Feldgeräten geführt sind. 2 shows a system for cabling of field devices to a higher-level control or control by means of a field bus on the example of a power plant with several in a control room 1 located control cabinets LT for the higher-level control or control, which led out of the control cabinets LT Profibuslinien are routed via Ethernet converter to an Ethernet switch ES1, which bundles the Profibuslinien to a single Ethernet cable. The Ethernet cable connects the Ethernet switch ES1 to the corresponding one at the field level 2 arranged Feldbusverteilstation FBS and is split in the fieldbus distribution station FBS back into individual Profibuslinien, which are led to the respective field devices.

3 zeigt eine detaillierte Ausführung des erfindungsgemäßen Systems zur Verkabelung der Feldgeräte mit der übergeordnete Leittechnik oder Steuerung mittels des Feldbusses. 3 shows a detailed embodiment of the system according to the invention for wiring the field devices with the higher-level control or control means of the fieldbus.

Der im Leittechnikraum 1 befindliche Leittechnikschrank LT für die übergeordnete Leittechnik oder Steuerung ist über eine Vielzahl von Profibuslinien mit den entsprechenden RS485-Schnittstellen verbunden, welche mit den zugeordneten Ethernet-Konvertern zur Umwandlung der Signale der RS485-Schnittstelle auf ein Ethernet-Datennetz so zusammenwirken, dass eine Umwandlung der von der übergeordneten Leittechnik oder aus der Feldebene übertragenen Informationen bzw. Signalen von einem RS485-Protokoll auf ein Ethernet-Protokoll und umgekehrt über die im Leittechnikraum angeordneten Ethernet-Konverter erfolgt.The in the control room 1 located control cabinet LT for the higher-level control or control is connected via a variety of Profibuslinien with the corresponding RS485 interfaces, which cooperate with the associated Ethernet converters for converting the signals of the RS485 interface to an Ethernet data network so that a conversion of from the higher-level control technology or transmitted from the field level information or signals from an RS485 protocol to an Ethernet protocol and vice versa via the arranged in the control room Ethernet converter.

Jeder Ethernet-Konverter ist über ein Ethernet-Kabel mit dem Ethernet-Switch ES1 verbunden. Der Ethernet-Switch ES1 ist dafür vorgesehen, die ankommenden Profibuslinien zu einem einzigen Ethernet-Kabel zusammenzufassen, welches mit einer Feldbusverteilstation FBS verbunden ist.Each Ethernet converter is connected to the Ethernet switch ES1 via an Ethernet cable. The Ethernet switch ES1 is intended to combine the incoming Profibus lines into a single Ethernet cable, which is connected to a fieldbus distribution station FBS.

Die Feldbusverteilstation FBS weist wiederum einem weiteren Ethernet-Switch ES2 auf, der über ein weiteres Ethernet-Kabel mit weiteren Ethernet-Konvertern verbunden ist. Die weiteren Ethernet-Konverter wirken so mit weiteren RS485-Schnittstellen zusammen, dass das von der Feldbusverteilstation FBS bereitgestellte Ethernet-Protokoll in ein entsprechendes RS485-Protokoll umgewandelt und zum jeweiligen Feldgerät T übertragen wird. Dabei erfolgt eine Umwandlung der von der übergeordneten Leittechnik bzw. der aus dem Feld übertragenen Informationen bzw. Signale von einem Ethernet-Protokoll auf ein RS485-Protokoll und umgekehrt jeweils über die in der Feldebene 2 angeordneten Ethernet-Konverter.The fieldbus distribution station FBS in turn has another Ethernet switch ES2, which is connected via a further Ethernet cable with other Ethernet converters. The other Ethernet converters interact with additional RS485 interfaces in such a way that the Ethernet protocol provided by the fieldbus distribution station FBS is converted into a corresponding RS485 protocol and transmitted to the respective field device T. In this case, a conversion of the information transmitted by the higher-level control technology or transmitted from the field or signals from an Ethernet protocol to an RS485 protocol and vice versa in each case on the field level 2 arranged ethernet converter.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass mit der vorliegenden Erfindung jede Ethernetlinie am Leittechnikschrank LT über entsprechende Konverter mehrere Profibuslinien einsammelt und zu einem einzigen Ethernet-Kabel zusammenführt. Dabei werden die zu übertragenden Signale bzw. Informationen von der RS485-Schnittstelle in ein Ethernetprotokoll umgewandelt wobei das Ethernet dabei als Tunnel für eine Vielzahl von Profibuslinien benutzt wird.In summary, it should be noted that with the present invention, each Ethernet line on the control cabinet LT via corresponding converters several Profibuslinien collected and merges to form a single Ethernet cable. The signals or information to be transmitted are converted from the RS485 interface into an Ethernet protocol, the Ethernet being used as a tunnel for a large number of Profibus lines.

Somit wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass nur noch ein Kabel vom Ethernet-Switch ES1 in die Feldebene 2 gelegt werden muss. In der Feldebene 2 wird das Ethernet-Kabel an der Feldbusverteilstation FBS mittels des weiteren Ethernet-Switch ES2 wieder in Profibuslinien zur Steuerung der daran angeschlossenen Feldgeräten T aufsplittert. Dabei werden die zu übertragenden Signale bzw. Informationen, die als sogenannte Ethernetsignale am weiteren Ethernet-Switch ES2 anliegen in mehrere Profibuslinien zurückgewandelt. Für die Umwandlung der entsprechenden Signale ist jeweils pro Profibuslinie ein Konverter-Paar, also ein Konverter je Umwandlungsrichtung, vorgesehen.Thus, it is advantageously achieved that only one cable from the Ethernet switch ES1 in the field level 2 must be laid. In the field level 2 the Ethernet cable at the fieldbus distribution station FBS is split again into Profibus lines for controlling the field devices T connected thereto by means of the further Ethernet switch ES2. In this case, the signals or information to be transmitted, which are present as so-called Ethernet signals on the further Ethernet switch ES2, are converted back into a plurality of Profibus lines. For the conversion of the corresponding signals, a converter pair, ie one converter per conversion direction, is provided per Profibus line.

Claims (5)

System zur Verkabelung von Feldgeräten an eine übergeordnete Leittechnik oder Steuerung mittels eines Feldbusses mit wenigstens einem Leittechnikschrank (LT) für die übergeordnete Leittechnik oder Steuerung, wobei – der wenigstens eine Leittechnikschrank (LT) mittels mehrerer Profibuslinien mit wenigstens einer Schnittstelle verbunden ist, – die Schnittstelle mit einem Konverter zur Umwandlung der Signale der Schnittstelle auf ein Ethernet-Datennetz zusammenwirkt, – der Konverter über ein Netzwerkkabel mit einem Ethernet-Switch verbunden ist, – der Ethernet-Switch die ankommenden Profibuslinien zu einem einzigen Ethernet-Kabel zusammenfasst, – das Ethernet-Kabel den Ethernet-Switch (ES1) mit einer Feldbusverteilstation (FBS) verbindet, und – ein in der Feldbusverteilstation (FBS) angeordneter weiterer Ethernet-Switch (ES2) das Ethernet-Kabel wieder in einzelne Profibuslinien zur Steuerung von daran angeschlossenen Feldgeräten (T) aufsplittert.System for wiring field devices to a higher-level control system or control by means of a fieldbus with at least one control cabinet (LT) for the higher-level control or control, wherein - The at least one control cabinet (LT) is connected by means of several Profibuslinien with at least one interface, The interface interacts with a converter for converting the signals of the interface to an Ethernet data network, The converter is connected to an Ethernet switch via a network cable, - the Ethernet switch combines the incoming Profibus lines into a single Ethernet cable, - The Ethernet cable connects the Ethernet switch (ES1) to a fieldbus distribution station (FBS), and A further Ethernet switch (ES2) arranged in the fieldbus distribution station (FBS) splits the Ethernet cable back into individual Profibus lines for controlling field devices (T) connected thereto. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Konverter Informationen von einer RS485-Schnittstelle auf ein Ethernetprotokoll umwandelt.System according to claim 1, characterized in that the converter converts information from an RS485 interface to an Ethernet protocol. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Umwandlung der Signale der RS485-Schnittstelle auf ein Ethernetprotokoll jeweils pro Profibuslinie ein Konverter-Paar, also ein Konverter je Umwandlungsrichtung, vorgesehen ist.System according to claim 2, characterized in that for the conversion of the signals of the RS485 interface to an Ethernet protocol per Profibuslinie a converter pair, ie a converter per conversion direction, is provided. System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ethernet-Kabel Glasfaserkabel oder Kupferkabel aufweist.System according to one of the preceding claims, characterized in that the Ethernet cable comprises fiber optic cable or copper cable. System nach einem der vorherigen Ansprüche, vorgesehen für die Verkabelung der Automatisierungs- und Leittechnik in einem Kraftwerk.System according to one of the preceding claims, provided for the wiring of the automation and control technology in a power plant.
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