CN105629753A - 过程技术设备的模块和用于控制过程技术设备的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及过程技术设备的模块和用于控制过程技术设备的方法。尤其涉及一种过程技术设备90的模块1，其具有：用于实施过程技术分过程的过程技术硬件10；用于本地控制过程技术硬件10的控制装置20，其中，控制装置20构建为用于独立控制过程技术硬件10以及将过程技术硬件10置于一个或多个确定地限定的状态；以及控制装置10的外部接口22，其中，外部接口22可以接收一个或多个限定的指令，这些指令与过程技术硬件10确定地限定的状态相应。此外主张一种用于控制由多个模块1构成的过程技术设备90的方法。

Description

过程技术设备的模块和用于控制过程技术设备的方法

技术领域

本发明涉及一种过程技术设备及其控制装置。本发明特别是涉及可以模块式构成的过程技术设备。

背景技术

在加工业中，特别是在化学、制药和食品加工业中，需求的产品数量越来越难预测，并且根据区域地以短期的时间间隔波动。此外，产品寿命周期由于替代品的全球性可支配性而总体上变得越来越短。

但传统的生产设备常常不是根据这种波动的产品数量来设计的。连续运行的设备大多根据每个时间单位确定的产品数量进行优化并也只能采用这种生产率运行。批处理方式的常用设备效率低并需要许多非生产时间，例如清理时间或换装时间。

在对设备补充或换装时，一般情况下也必须对相应的设备控制装置进行重配置或改编程序。这一点是一种花费很高的过程，它在时间上可与硬件的换装相比。这一点由于现有的控制软件的可能不足够的归档或老化的控制硬件而变得困难，该老化的控制硬件可能不能足够地提供新硬件必需的功能。

加工业中新的开发研究模块式的设备方案，其中设备由可单个预加工的模块构成。这种类型的方案及其挑战在借助于硕士工程师SabineMühl-

Enkamp/WolfgangErnhofer10.05.2012的一项民意调查“模块式设备方案与自动化”在“Process”上有所介绍。其中模块的过程技术一体化也被视为是没有解决的问题。

发明内容

本发明的目的因此在于，使过程技术设备在其生产率方面更加灵活地构成，加速设备规划和建立并为此提供适用的手段和方法。

特别是上述目的通过一种用于过程技术设备的模块得以实现，具有用于实施过程技术分过程的过程技术硬件；用于本地控制过程技术硬件的控制装置，其中，控制装置构建为用于独立控制过程技术硬件，并且将过程技术硬件置于一个或多个确定地限定的状态；以及具有控制装置的外部接口，其中，外部接口可以接收一个或多个限定的指令，这些指令与过程技术硬件的确定地限定的状态相应。

过程技术设备可以由多个这种模块构成。如果希望更大的生产能力，那么模块可以按照简单的方式与设备连接并然后实施确定的分过程。为此这些模块可以取限定数量的确定状态。因为各个模块的控制装置本地和独立地控制过程技术硬件，并且控制装置可以使这些过程技术硬件进入一个或多个确定地限定的状态中的一种状态，所以总设备的控制开支最小化。总设备的上级控制装置因此仅需向模块控制装置的外部接口发送限定的指令，以便使该模块可以接近一个其限定的状态和然后占据该状态。上级控制装置例如可以发出启动分过程、更换模块的运行方式、使分过程暂停或停止的指令。用于达到限定的状态的模块内部控制装置因此独立承担该模块的控制，而无需外部的介入。模块的控制因此可以由模块制造商就已经提供、编程和配置，从而设备制造商可以非常少的开支提供总设备的控制。

与此相应在生产技术设备的硬件方面的修改中，总设备的中央上级控制装置仅需向相应的模块发出“高级”指令，而大部分控制开支分散和独立地在各个模块中提供。

为接收限定的“高级”指令，模块具有其控制装置所述的外部接口。并未设有如下情况，即，外部接口可以接收直接控制各自模块的执行元件的指令。该控制由该模块的控制装置负责。

优选外部接口只能接收与过程技术硬件确定地限定的状态相应的指令。相应地通过模块的外部接口只能接收所述的““高级”指令。其它指令不能接收并因此也不能由模块的控制装置进行处理。

优选控制装置在没有外部指令的条件下独立控制过程技术硬件在确定地限定的状态之间的转移。通过上级控制装置进行的控制为此因此没有必要。模块因此无论是在硬件上还是在控制技术上都是独立的。

优选通过外部接口不能控制过程技术硬件的中间状态。通过外部接口因此只能控制模块的限定的状态，这样使上级控制装置的控制开支最小化。

优选外部接口此外为向位于上游或下游或者并联的模块输出限定的指令而设置。因此模块在水平通信的意义上可以互相控制。例如，在中间产品对于进一步加工就绪时，那么一个位于上游的模块可以启动一个位于下游的模块。不言而喻，并联的模块同样可以相互发布指令或共同发布指令。

优选外部接口为从位于上游或下游的模块接收限定的指令而设置。相应地为模块彼此间的水平通信，外部接口也可以从位于上游或下游或者并联的模块接收限定的指令。

优选外部接口此外为从上级设备控制装置接收限定的指令而设置。

优选外部接口此外为向上级设备控制装置输出信号而设置。外部接口也可以向设备控制装置发出数据，例如信号，说明是否达到各自限定的状态，模块是否正常工作或是否存在模块的干扰。

优选过程技术设备具有多个上面限定的模块。因此过程技术设备可以很容易地增加更多个模块、缩小其它模块或根据其它产品而改型，而无需用于上级控制装置适配的高开支。

优选过程技术设备此外具有上级设备控制装置，用于输出与模块过程技术硬件的确定地限定的状态相应的限定的指令。

上述目的还通过一种用于控制过程技术设备的方法得以实现，其中，设备由多个模块构成，这些模块分别具有用于实施过程技术分过程的过程技术硬件以及用于本地控制过程技术硬件的控制装置和控制装置的外部接口，其中，外部接口可以接收一个或多个限定的指令，这些指令与过程技术硬件的确定地限定的状态相应，以及该方法具有以下步骤：

a.通过模块的外部接口从用于该模块的一个或多个限定的指令中接收一个指令；

b.通过相应的控制装置根据所接收的指令独立控制模块的过程技术硬件，以便使模块的过程技术硬件进入一个或多个确定地限定的状态中的一个。

通过每个模块具有它本身的控制装置和通过其外部接口仅需接收限定的指令，该指令与模块的过程技术硬件的一个或多个确定地限定的状态中的一种状态相应和然后过程技术硬件通过各自的控制装置被独立控制，以便使其进入该一个或多个确定地限定的状态中的一种状态，产生一种简单的控制技术设备配置上面已经介绍的优点。总设备因此一方面可以非常简单地模块式构成，其中，全部控制装置可以很容易提供。另一方面，模块可以很容易补充，可以取消或通过其它模块更换，而无需对总设备的上级控制软件进行更大的重配置或甚至重新编程。

优选该方法此外具有通过至少一个模块从位于上游或下游或者并联的模块接收限定的指令的步骤。

优选该方法此外具有通过至少一个模块从上级控制装置接收限定的指令的步骤。

优选该方法此外具有通过至少一个模块向位于上游或下游或者并联的模块输出限定的指令的步骤。

优选该方法具有通过至少一个模块向上级控制装置输出信号的步骤。因此在设备的上级控制装置与模块组件进行垂直通信。

优选该方法此外具有通过至少一个模块向上级控制装置输出模块特定的操作图的步骤。通过在初次安装时向上级控制装置介绍该模块的特性和控制可能性的操作图，进一步减少上级控制装置控制软件的编程开支。在那里，模块在数据技术上同样可以作为预加工的数据模块集成化。操作图内特别是可以含有模块功能的说明、限定的状态、限定的指令、用户界面和模块的图形表示。

附图说明

下面借助附图对本发明的优选实施方式进行说明。其中：

图1示出具有多个模块的过程技术设备的示意图；以及

图2示出用于控制过程技术设备的方法的流程图；

具体实施方式

下面参照附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。

图1示出一种过程技术设备90，其由多个单个模块1、70、80和可能的其它未示出的模块构成。过程技术设备此外具有上级控制装置60，其通过适当的总线62与各个模块1、70、80进行通信。

过程技术设备90的模块1例如代表过程技术设备90的所有模块1、70、80。该模块包括用于实施过程技术分过程的过程技术硬件10。在所示的例子中，过程技术硬件10例如包括反应器30，该反应器具有通过电动机42驱动的搅拌器40。反应器30此外具有电动加热棒50，其通过电力电子装置52控制。反应器30本身由一个优选封闭的容器组成，进料管32和排料管34连接在该容器上，以便填充或排空该容器。进料管32一直延伸到举例模块1的外部界限并在那里的进料法兰36内结束。排料管34同样一直延伸到模块1的系统界限并在那里的排料法兰38内结束。通过进料法兰36，模块1可以连接在位于上游的模块120上并通过排料法兰38可以连接在位于下游的模块130上。不言而喻，同样可以是其它的过程技术连接可能性，例如像多个入口或多个出口或模块1、70、80的并联。

模块1此外具有用于本地控制其过程技术硬件10的控制装置20。控制装置20这样设置，使其可以独立控制过程技术硬件10，也就是这里的例如搅拌器40的电动机42和加热棒50的电力电子装置52。因此控制装置20能够使模块1过程技术上进入限定的状态。模块1具有一个或多个精确限定的过程技术状态并可以按照指令独立在这些状态之间变换。因此模块例如可以没有外部的影响独立实施一个过程技术的分过程。

模块1此外可以具有例如传感器，如流量、压力或温度传感器或可以电操作的阀门或元件(没有示出)。这种传感器或执行元件同样连接在控制装置20上并可以由控制装置20询问或控制。

控制装置20为此具有I/O模块24、26，利用它们控制装置20可以控制执行器，如搅拌器40的电动机42或加热棒50的电力电子装置52。存在用于可能的传感器的其它I/O模块或其它执行元件，如果模块1的过程技术功能需要它们的话。

模块70和80以及其它模块可以类似于模块1构成，其中，它们同样具有类似于控制装置20的控制装置，该控制装置可以局部和独立控制各自模块的过程技术硬件以及模块可以各自进入一个或多个确定地限定的状态。相应地模块1、70、80本身在控制技术上独立，从而过程技术硬件和控制装置共同形成过程技术设备90的可灵活使用的模块，该模块一定程度上可以通过“即插即用”在过程技术上和控制技术上组成一个总设备90。

总设备20包括上级控制装置60，该上级控制装置通过总线62在控制技术上与各个模块1、70、80连接。上级控制装置仅需向各个模块1、70、80发送精确限定的指令，以便使这些模块占据一个它们预先确定的限定的状态。在这种情况下，上级控制装置60既不需要识别控制详情，也不需要识别各自模块1、70、80过程技术硬件10的单个元件，也无需控制这些单个元件。相反，上级控制装置60优选仅向单个模块1、70、80发送“高级”指令，从而这些模块然后独立占据相应的状态，以便实施它们的过程技术分过程。这种控制方案简化了过程技术设备90的规划、设计和构造。模块1一定程度上除了其过程技术硬件10外，同时带来模块式方式的其总体控制，从而使上级控制开支最小化。

为了使模块1的控制装置20与上级控制装置60或其它模块70、80通过总线62通信，控制装置20具有外部接口22。通过外部接口22，模块1可以接收一个或多个限定的指令，这些限定的指令与其过程技术硬件10的确定地限定的状态相应。优选外部接口22可以仅接收与过程技术硬件10的确定地限定的状态相应的指令。控制装置20然后负责在没有外部指令的情况下，独立控制过程技术硬件10在确定地限定的状态之间的转移。

此外，控制装置20可以独立为相应的模块1承担该模块的所有安全功能、报告功能、协议功能，从而上级控制装置60也由这种任务减轻负担。模块1同样可以通过控制装置20在无上级控制装置的情况下手动操作，例如在仅生产非常小的量和为此不值得连接到上级控制装置中的情况下。为此目的，模块1具有本身的用户界面或操作面板。

通过外部接口22，模块1也可以向位于上游或下游或者并联的模块发出限定的指令。因此例如模块1可以通知位于上游的模块70向模块1继续发送半成品，如果模块1需要加工该半成品的话。模块1同样可以向位于下游的模块80发出一个限定的指令，如果加工结束和加工完的中间产品为继续加工希望继续发送到模块130的话。相应地模块1、70、80彼此间可以实现平行通信，而无需上级控制装置60的中间连接。

模块1、70、80的限定的状态例如是这样的：“空载运行”、“运行”、“保持”、“停止”、“中断”和“结束”。此外，状态“运行”可以划分成不同的运行模式，如果这一点对于分过程是可能的话。因此分过程例如可以利用不同的参数或不同的进程来进行。相应地通过外部接口22可以向模块1移交相应限定的指令，以便命令其控制装置20接近相应的状态。单个状态之间的转移于是由控制装置20独立调节。例如，在反应器30内的产品需要借助特别的温度曲线盒搅拌器40的特别的速度进行处理的情况下，控制装置20借助I/O模块24和26相应控制搅拌器40电动机42的转速以及由电力单元52输出到加热棒50的功率，以便借助温度曲线加热反应器30内的产品。只要达到模块1所希望的状态，外部接口22就可以将这一点通知上级控制装置60或位于上游或下游或者并联的模块70、80。此外，通过外部接口22也可以将模块的状态数据，例如为了可视化或提高统计而发送到上级控制装置60。

图2示出用于控制过程技术设备90的方法的流程图，其中，该设备由多个模块1、70、80构成，这些模块分别具有用于实施过程技术分过程的过程技术硬件。首先在步骤100中，通过模块1的外部接口22接收用于该模块1的一个或多个限定的指令中的一个指令。在这种情况下，这些指令对应于模块1的过程技术硬件一个或多个确定地限定的状态。

在模块1获得状态变化的限定的指令后，在步骤110中，模块1借助其模块内部的控制装置20控制其过程技术硬件，以便使其进入所希望的限定的状态。如果实现这一点，那么模块在步骤140中向位于上游或下游或者并联的模块70、80发出限定的指令，以便使它们实施其过程技术方法的相应分过程。此外，模块1可以在步骤150中向上级控制装置60发出数据，以便使其显示例如模块1的内部状态或发送中间产品的完成情况的信号。

通过模块的外部接口从用于该模块1的一个或多个限定的指令中接收一个指令的步骤100可以在步骤120中从位于上游或下游或者并联的模块70、80中的一个进行。在步骤130中，从上级控制装置60接收模块1的限定的指令。

此外在步骤150中，控制装置20也可以向上级控制装置60发送模块特定的操作图28。这一点优选在模块1第一次投入运行时进行。该模块向上级控制装置60通知其尤其说明模块的特性和控制可能性的操作图28。上级控制装置然后可以在数据技术上识别模块1并将该模块1作为预制的数据模块与其控制软件一体化。在操作图28中，特别是可以包含模块功能的说明，限定的状态、限定的指令、用户界面和模块的图形表示。

附图文字

1模块

10过程技术硬件

20控制装置

22外部接口

24、26I/O模块

28操作图

30反应器

32进料管

34排料管

36进料法兰

38排料法兰

40搅拌器

42电动机

50加热棒

52电力电子装置

60上级控制装置

62数据总线

70、80其它模块

90过程技术设备

100接收指令

110过程技术硬件的独立控制

120从其它模块接收指令

130从上级控制装置接收指令

140向其它模块输出指令

150向上级控制装置输出数据或操作图

Claims (14)

1.一种过程技术设备(90)的模块(1)具有：

a.用于实施过程技术分过程的过程技术硬件(10)；

b.用于本地控制过程技术硬件(10)的控制装置(20)，其中，控制装置(20)构建为用于独立控制过程技术硬件(10)并且将过程技术硬件(10)置于一个或多个确定地限定的状态；以及

c.控制装置(10)的外部接口(22)，其中，外部接口(22)可以接收一个或多个限定的指令，这些指令与过程技术硬件(10)的确定地限定的状态相应。

2.按权利要求1所述的模块，其中，外部接口(22)只能接收与过程技术硬件(10)的确定地限定的状态相应的指令。

3.按权利要求1或2所述的模块，其中，控制装置(20)在无外部指令的条件下独立控制过程技术硬件(10)在确定地限定的状态之间的转移。

4.按权利要求1至3之一所述的模块，其中，通过外部接口(22)不能控制过程技术硬件(10)的中间状态。

5.按权利要求1至4之一所述的模块，其中，外部接口(22)此外构建为向位于上游或下游或者并联的模块(70、80)输出限定的指令。

6.按权利要求1至5之一所述的模块，其中，外部接口(22)构建为从位于上游或下游或者并联的模块(70、80)接收限定的指令。

7.按权利要求1至6之一所述的模块，其中，外部接口(22)此外构建为从上级设备控制装置(60)接收限定的指令。

8.按权利要求1至7之一所述的模块，其中，外部接口(22)此外构建为向上级设备控制装置(60)输出信号。

9.一种过程技术设备(90)，具有多个按权利要求1至8之一所述的模块(1、70、80)。

10.按权利要求9所述的过程技术设备，此外具有上级设备控制装置(60)，用于输出与模块(1、70、80)的过程技术硬件(10)的确定地限定的状态对应的限定的指令。

11.一种用于控制过程技术设备(90)的方法，其中，设备(90)由多个模块(1、70、80)构成，这些模块分别具有用于实施过程技术分过程的过程技术硬件(10)以及用于本地控制过程技术硬件(10)的控制装置(20)和控制装置(20)的外部接口(22)，其中，外部接口(22)可以接收一个或多个限定的指令，这些指令与过程技术硬件(10)的确定地限定的状态相应，并且该方法具有以下步骤：

a.通过模块(1、70、80)的外部接口(22)接收(100)用于该模块(1、70、80)的一个或多个限定的指令中的一个指令；

b.通过相应的控制装置(20)根据所接收的指令独立控制(110)模块(1、70、80)的过程技术硬件(10)，以便使该模块(1、70、80)的过程技术硬件(10)进入一个或多个确定地限定的状态中的一个。

12.按权利要求11所述的方法，此外具有至少一个以下步骤：

-通过至少一个模块(1、70、80)从位于上游或下游或者并联的模块(1、70、80)接收(120)限定的指令；和/或

-通过至少一个模块(1、70、80)从上级控制装置(60)接收(130)限定的指令。

13.按权利要求11至12之一所述的方法，此外具有至少一个以下步骤：

-通过至少一个模块(1、70、80)向位于上游或下游或者并联的模块(1、70、80)输出(140)限定的指令；和/或

-通过至少一个模块(1、70、80)向上级控制装置(60)输出(150)数据。

14.按权利要求11至13之一所述的方法，此外具有至少一个以下步骤：

-通过至少一个模块(1、70、80)向上级控制装置(60)输出(150)模块特定的操作图(28)。