DD254454A5

DD254454A5 - Vorrichtung und verfahren zum regeln und steuern von chemischen und physikalischen vorgaengen in einer vielzahl von dafuer geeigneten apparaten

Info

Publication number: DD254454A5
Application number: DD87299594A
Authority: DD
Inventors: Wilfried Dewaele; Klaus Hentschel
Original assignee: Degussa Ag,De
Priority date: 1986-02-01
Filing date: 1987-01-29
Publication date: 1988-02-24
Also published as: DE3603142A1; EP0232807A1; JPS62254202A; DE3603142C2

Abstract

Jede Umwandlungseinrichtung ist ueber einen primaeren Uebertragungskanal mit mindestens einer Zuordnungseinheit verbunden, wobei diese Zuordnungseinheit einen Primaerspeicher mit einer Vielzahl von Speicherelementen und mehrere Sekundaerspeicher mit jeweils einer Vielzahl von Speicherelementen aufweist, und jedes Speicherelement des Primaerspeichers mit jedem Speicherelement eines Sekundaerspeichers elektrisch wahlweise verbunden ist, und die Sekundaerspeicher ueber sekundaere Uebertragungskanaele mit jeweils einer von mehreren Bedien-/Verarbeitungseinheiten verbunden sind, so dass beliebige Sekundaerspeicher mit einer beliebig auswaehlbaren Bedien-/Verarbeitungseinheit verbindbar sind. Beim Verfahren werden im programmierbaren Rechnersystem jeder Bedieneinheit unterschiedliche Steuer-/Regelzustandsprogramme eingegeben und durch eine bestimmte Verfahrensweise bei Stoerungen im System ein ausreichend sicherer Betrieb gewaehrleistet bzw. Abschaltvorgaenge ausgeloest.

Description

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Einspeicherung der in dem programmierbaren Rechnersystem einer Bedien-/Verarbeitungseinheit eingespeicherten Programme für den Steuer-/Regelzustand des stabilen Schwebezustandes und das Unterbrechungsprogramm in programmierbare Elemente erfolgt, die in Sekundärspeichem einer Zuordnungseinheit angeordnet und über senkundäre Übertragungskanäle angeschlossen sind, und bei Ausfall der Datenübermittlung von einer Bedien-VVerarbeitungseinheit zum angeschlossenen Sekundärspeicher die durchgehende Verbindung vom sekundären Übertragungskanal zum Sekundärspeicher durch einen Umschaltvorgang gelöst und eine Verbindung der in einem zugeordneten programmierbaren Element des Sekundärspeichers eingegebenen Steuer-/Regelzustände zum zugeordneten Speicherelement eines Primärspeichers hergestelltwird.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Regeln und Steuern und Überwachen von chemischen und physikalischen Vorgängen in einer Vielzahl von dafür geeigneten Apparaten.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

In der chemischen Industrie gibt es, insbesondereim halbtechnischen Maßstab, sogenannte Vielzweckanlagen, die Apparate für unterschiedliche physikalische und chemische Vorgänge aufweisen. Dazu gehören beispielsweise Vorratsbehälter, Rührkessel, Reaktoren unterschiedlicher Form, Destillationskolonnen, Extraktionseinrichtungen, Abscheider, Filteranlagen, Trockeneinrichtungen, Mischeinrichtungen, die untereinander durch Verbindungsleitungen, in denen unter Umständen auch Pumpen oder andere Fördereinrichtungen vorhanden sein können, verbunden sind. Je nachdem, welche der einzelnen Apparate für die Herstellung oder Veredelung eines Produktes benötigt werden, ist es erforderlich, die Meßsonden und Stellglieder der benötigten Apparate mit einer Bedien-/Verarbeitungseinheit zu verbinden. Zur Ausnutzung der Kapazität der Vielzahl von Apparaten ist es erwünscht, gleichzeitig mehrere unterschiedliche Verfahren und Umsetzungen in der Gesamtanlage ablaufen zu lassen. Um dies zu. ermöglichen, sind mehrere BodierWVerarbeitungseinheiten angeordnet. Bei fester Verbindung · » , bestimmter Apparate mit bestimmten,Bedieri-/Verarbeitungseinheiten ist die Flexibilität der Vielzweckanlagen nicht ·.. ausreichend, weil dann unter Umständen bestimmte Prozesse von mehreren Bedien-/Verarbeitungseinheiten aus überwacht und gesteuert werden müssen. Mit einer konventionellen dezentralen Bedienung oder sogar einer Bedienung vor Ort ist der erforderliche Sicherheitsgrad und die erwünschte Wirtschaftlichkeit nicht zu erreichen. Eine konventionelle zentrale Bedienung würde einerseits eine sehr große Meßwarte erfordern, in der sich das Bedienungspersonal gegenseitig stärk behindern würde. . . ,

Aus Gründen der Flexibilität bei der Nutzung derartiger Anlangen ist es erwünscht, je nach den Erfordernissen beliebig unterschiedliche Kombinationen von Apparaten mit einer beliebigen Bedien-/Steuereinheit verbinden zu können, um die Signale der Meßsonden aller im Einzelfall angeschlossenen Apparate auf einer BedienWerarbeitungseinheit aufzunehmen, und die für die Steuerung und Regelung der Abläufe daraus resultierende Steuersignale an die Regeleinrichtungen der einzelnen Apparate zu übermitteln.

Ziel der Erfindung ist es, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine flexible Regel- und Steuervorrichtung zu schaffen, die es ermöglicht, ohne ständiges Ändern von Kabelverbindungen beliebige Kombinationen von Apparaten mit jeweils einem oder mehreren Bedien-/ Verarbeitungseinheiten zu verbinden, und das System so auszugestalten, daß eine den Anforderungen an Betriebssicherheit und Verfügbarkeit entsprechende Prozeßregelung und Steuerung gleichzeitig ablaufender chemischer Umsetzungen und physikalischer Vorgänge in den Apparaten möglich ist. Die gewünschte Vorrichtung kann auch als eine felxible Verdrahtung/ Verbindung von Meßsonden und Stellgliedern von einer Vielzahl von Apparaten mit einer Gruppe von Bedien-/ Verarbeitungseinheiten bezeichnet werden.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Multiplexer in Form einer Vorrichtung zum Regeln und Steuern von chemischen und physikalischen Vorgängen in einer Vielzahl von dafür geeigneten Apparaten, die mit Meßsonden für Parameter und Stellgliedern zum Einstellen von vorgegebenen Parametern versehen sind, wobei die Meßsonden und die Stellglieder mit Bedien-/ .

Verarbeitungseinheiten, die ein programmierbares Rechnersystem aufweisen, stehen. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß mehrere BedienWerarbeitungseinheiten vorhanden sind, jede Umwandlungseinrichtung über einen primären Übertragungskanal verbunden ist, wobei diese Zuordnungseinheit einen Primärspeicher mit einer Vielzahl von Speicherelementen und mehrere Sekundärspeicher mit jeweils einer Vielzahl von Speicherelementen aufweist, und jedes Speicherelement des Primärspeichers mit jedem Speicherelement eines Sekundärspeichers elektrisch wahlweise verbunden ist, und die Sekundärspeicher über sekundäre Übertragungskanäle mit jeweils einer von mehreren Bedien-/Verarbeitungseinheiten verbunden sind, so daß beliebige Sekundärspeicher mit einer beliebig auswählbaren Bedien-/Verarbeitungseinheit verbindbar

Es ist eine feste Verbindung aller Meßsonden und Regeleinrichtungen aller Apparate mit Gruppen von Umwandlungseinheiten vorhanden. Es sind alle Anschlüsse eines Apparates oder mehrerer, in direktem funktioneilen Zusammenhang stehender und in .

der Regel zusammen benutzter Apparate einer Umwandlungseinheit zugeordnet und an diese angeschlossen. Neben einer elektrischen Verdrahtung sind auch pneumatische oder hydraulische Verbindungen zwischen den Meßsonden bzw. den Steuereinrichtungen und den Umwandlungseinrichtungen möglich.

Diese Umwandlungseinrichtungen sind Vorrichtungen, die von Meßsonden kommende Signale (vorzugsweise analoge Signale) in digitale Signale umwandlen und/oder digitale Signale in korrespondierende Stellsignale für die Stellglieder umwandeln. Sie weisen Ein- und Ausgänge für Meßsignale und Stellsignale und Wandelelemente auf, sogenannte Digital-Analog-Wandler, Analog-Digital-Wandler und Speicher für Signale in Digitalform, von denen eingespeichterte Daten nach Umwandlung in Stellsignale an Stellglieder übermittelt werden können.

Die Umwandlungseinheiten weisen jeweils eine Funktionsüberwachungseinrichtung auf, die eine Störung innerhalb der Umwandlungseinrichtung und/oder der Verbindung zu den noch zu beschreibenden Zuordnungseinheiten anzeigt. Bei Ansprechen einer Funktionsüberwachungseinrichtung durch Ausfall der Datenübermittlung von der Zuordnungseinheit oder durch eine Störung innerhalb der Umwandlungseinheit wird durch die Funktionsüberwachung in jedem Falle auch ein Wechsel des Steuer-/Regelzustandsprogrammes in das Programm der Prozeßunterbrechung und bei Überschreitung bestimmter vorgegebener Grenzwerte die Notabschaltung der angeschlossenen Apparate ausgelöst.

Dies wird dadurch ermöglicht, daß die Funktionsüberwachungseinrichtung ein programmierbarer Rechner mit Speicher ist, der als Fehlerüberwachungseinheit zum Erkennen und gegebenenfalls Beseitigen von Fehlern dient, die während des Betriebes entstehen, wobei Fehler generell eine Abweichung von Gutzuständen sind. Der Rechner ist so programmiert, daß bei Ansprechen der Funktionsuberwachungseinrichtung eine Prozeßunterbrechung der laufenden Vorgänge in den Apparaten erfolgt, und bei der Notabschaltung alle Vorgänge auf ein sicheres Niveau zurückgeführt werden, von dem aus keine Gefährdung der Anlage oder der Umwelt ausgehen kann.

Von diesen Umwandlungseinrichtungen sind flexible und auswählbare Verbindungen bis zu einer von mehreren Bedien-/ Verarbeitungseinheiten ausgebildet.

Bedien-/Verarbeitungseinheiten sind Vorrichtungen mit Geräten zum Anzeigen und Verändern von Parametern, die Steuer- und Regeleinrichtungen zur Verarbeitung von Meßdaten und Sollwerten aufnehmen, wobei die Verarbeitung die Aufnahme von Meßdaten, den vergleich mit Sollwerten, das Umwandeln und Ausgeben von Steuersignalen ebenso einschließt wie Berechnungen für veränderte Sollwerte.

Allgemeiner ausgedrückt erfolgt bei der Verarbeitung der Daten deren mathematische Verknüpfung. Zu diesem Zweck weisen die BedienWerarbeitungseinheiten jeweils ein programmierbares Rechnersystem auf.

In das Rechnersystem können drei unterschiedliche SteuerVRegelzustandsprogramme eingegeben werden. Dies sind:

a) das normale Prozeßablaufprogramm,

b) ein Programm des sogenannten stabilen Schwebezustandes, bei dem jede Apparatur, die bei dem betreffenden Prozeß verwendet wird, in einen reversiblen stabilen Zustand verbracht wird, aus dem heraus eine direkte Weiterführung des Verfahrensablaufes ohne Materialverluste möglich ist, der jedoch beliebig lange schwebend aufrechterhalten werden kann und sowohl eine Gefährdung der Anlage als auch des Inhalts ausschließt, und

c) ein sogenanntes Sicherheits- oder Notabschaltprogramm, bei dem alle Einzelapparate auf einen sicheren Zustand geführt werden, der irreversibel sein kann, z. B. durch Entleeren unter Materialverlust. Aus diesem Programmzustand ist eine Fortführung des Prozesses nur nach manuellen Eingriffen in der Anlage möglich, wobei ggfs. Fehler und Störquellen vorher beseitigt werden müssen.

Die Bedien-/Verarbeitungseinheiten können neben dem Rechnersystem noch ein davon unabhängiges programmierbares Element aufweisen, in das zwei unterschiedliche Steuer-ZRegelzustandsprogramme eingebbar sind.

Die Bedierv/Verarbeitungseinheiten weisen jeweils eine Funktionsüberwachungseinrichtung auf, die so ausgebildet ist, daß sie nicht nur eine Störung innerhalb der BedienWerarbeitungseinheit anzeigen kann, sondern auch eine Störung in der Datenübermittlung über die später beschriebenen sekundären' Übertragungskanäle. Auch diese Überwachungseinrichtungen' sind programmierbare Rechner mit Speicher, die Umschaltvorgänge innerhalb der Bedien-/Verarbeitungseinheit oder⁵ Abtrennung der gestörten Einheit von den noch zu beschreibenden sekundären Übertvagungskanälen auslösen. Weist die EedienWerarbeitungseinheit ein unabhängiges programmierbares Element auf, so wird die Störung in Form eines Ausfalls des programmierbaren Rechnersystems durch die Funktionsüberwachungseinrichtung auf das Element in Verbindung mit den sekundären Übertragungskanälen gebracht und der Prozeß von diesem Element überwacht und gesteuert, und zwar so lange, bis durch einen Eingriff des Bedienungspersonals eine freie funktionsfähige BedienWerarbeitungseinheit aktiviert und die betreffenden Steuer- und Regelprogramme eingegeben sind, so daß die weitere Prozeßführung von der neuen Einheit aus erfolgen kann.

Zur Ausbildung der flexiblen Verbindung zwischen den Umwandlungseinheiten und den Bedien-/Verarbeitungseinheiten sind die Umwandlungseinrichtungen über primäre Übertragungskanäle mit mindestens einer Zuordnungseinheit verbunden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind 2, ggfs. auch mehr parallel zueinander angeordnete Zuordnungseinheiten vorhanden, die über die primären Übertragungskanäle wahlweise mit den Umwandlungseinrichtungen verbindbar ausgebildet sind. Das heißt, die von den Umwandlungseinheiten jeweils ausgehenden primären Übertragungskanäle können wahlweise mit der einen oder anderen Zuordnungseinheit verbunden sein, wobei ein Wechsel der Verbindungen durch einen Umschaltvorgang ausgelöst wird. Bei einer anderen Ausführungsform der Verbindung der Umwandlungseinrichtungen mit zwei parallel zueinander angeordneten Zuordnungseinheiten über primäre Übertragungskanäle sind beide Zuordnungseinheiten jeweils permanent mit jeder der Umwandlungseinrichtungen verbunden, so daß bei einem Wechsel einer aktiven Zuordnungseinheit auf eine parallel angeordnete Zweite im Bereich der primären Übertragungskanäle kein Umschaltvorgang erforderlich ist.

Eine Zuordnungseinheit weist einen Primärspeicher mit einer Vielzahl von Speicherelementen und mehrere Sekundärspeicher mit jeweils einer Vielzahl von Speicherelementen auf. Die Verbindung des Primärspeichers mit den Sekundärspeichern innerhalb einer Zuordnungseinheit erfolgt als Matrixverbindung jeweils über ein programmierbares Element, das beispielsweise ein Rechner bzw. ein Matrixcomputer sein kann. Es können aber auch sogen. Mikrochips als programmierbare Elemente verwendet werden. Dieses programmierbare Element oder die Elemente der Matrix dienen zur Zuordnung und Verbindung der Speicherelemente des Primärspeichers mit den Speicherelementen jeweils eines Sekundärspeichers. Die von den Umwandlungseinrichtungen eingehenden Daten werden in den Speicherelementen als Primärdatenbasis ebenso abgelegt wie die aus den Sekundärspeichern zu den Speicherelementen des Primärspeichers übermittelten Daten. In der Primärdatenbasis, d.h. den Speicherelementen stehen die aktuellen Werte aller Prozeßsignale zur Verfügung.

Die Zahl der Sekundärspeicher innerhalb einer Zuordnungseinheit stimmt mit der Anzahl der gleichzeitig unabhängig voneinander betreibbaren chemischen und physikalischen Vorgänge überein, wobei ein Verfahren auch mehrere chemische und physikalische Vorgänge, d. h. einzelne Verfahrensstufen aufweisen kann. Jeder Sekundärspeicher weist eine Vielzahl von Speicherelementen auf. Durch das programmierbare Element, das eine elektrische Verbindung zwischen den Speicherelementen des Primärspeichers und den Speicherelementen der Sekundärspeicher herstellt, ist es möglich, jedes Speicherelement des Primärspeichers mit jedem Speicherelement der Sekundärspeicher zu verbinden. Die Auswahl der Verbindung der Speicherelemente des Primärspeichers mit denen der Sekundärspeicher erfolgt mittels des programmierbaren Elementes, das ein Rechner sein kann. Jeweils ein Sekundärspeicher enthält alle Signale für ein Verfahren. Durch die Softwaremäßige realisierte flexible Zuordnung wird in den Sekundärspeichern eine Sekundärdatenbasis aufgebaut. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist in den Speicherelementen der Sekundärspeicher bzw. des jeweils zugeordneten programmierbaren Elementes oder eines weiteren programmierbaren Elementes das Eingeben und Ablegen von zwei unterschiedlichen Steuer-ZRegelzustandsprogrammen möglich, die auf die Sekundärspeicher schaltbar sind. Vorzugsweise werden das Programm, das für jeden zeitlichen Verfahrenszustand eines Prozesses diesen in einem stabilen Schwebezustand hält, aus dem eine Rückkehr in das normale Prozeßablaufprogramm möglich ist, und ein Unterbrechungen Notabschaltprogramm eingegeben. Die Sekundärspeicher der Zuordnungseinheit stehen mit sekundären Übertragungskanälen zu den Bedien-A/erarbeitungseinheiten in Verbindung. Durch das programmierbare Element der Sekundärspeicher kann neben einer durchgehenden Verbindung von densekundären Ü bertrag ungskanälen zu den Sekundärspeichern auch das Eingeben von Steuer- und Regelzustandsprogrammen erfolgen, die im Bedarfsfall die Primärdatenbasis und die primären Übertragungskanäle mit den für die Prozeßsteuerung erforderlichen Daten versorgen.

Zusätzlich zu einer Funktionsüberwachungseinrichtung jeder gesamten Zuordnungseinheit weist jeder sekundäre Speicher noch eine Funktionsüberwachungseinrichtung auf, die eine Störung in der Verbindung zwischen Sekundärspeicher und der zugeordneten Bedien-A/erarbeitungseinheit und/oder Verbindung mit dem Pi imärspeicher anzeigt. Bei Ansprechen dieser Funktiorisüberwachungseinrichtung eines Sekundärspeichers wird ein Umschaltvorgang ausgelöst, der einen Wechsel der Zuordnungseinheit auf eine parallel angeordnete Reserveeinheit bewirkt, wenn bei dem akuten Betriebszustand innerhalb der ersten Zuordnungseinheit kein freier Sekundärspeicher mehr vorhanden ist oder einen Wechsel auf einen freien ungestörten Sekundärspeicher innerhalb der Zuordnungseihheit nichc möglich ist! Dies ist dann der hall, wenn innerhalb einer Zuordnungseinheit bei Störung eines Sekundärspeichers und des dazugehörigen gestörten programmierbaren Elementes noch ein freier Sekundärspeicher vorhanden ist. Dabei werden die Verbindungen des gestörten Speichers mit dem sekundären Übertragungskanal und dem in der Zuordnungseinheit angeordneten Primärspeicher durch einen Umschaltvorgang gelöst und jeweils eine Verbinung des sekundären Überträgungskanals und des Primärspeichers mit einem freien Sekundärspeicher der gleichen Zuordnungseinheit hergestellt. Um die volle Funktionsfähigkeit zu erreichen, wird bei dieser Ausführungsform das im Rechnersystem der über den sekundären Übertragungskanal angeschlossenen BedienWerarbeitungseinheit eingespeicherte SteuerVRegelprogramm für den Regelzustand des stabilen Schwebezustandes und das Unterbrechungsprogramm im programmierbaren Element des nunmehr angeschlossenen Sekundärspeichers eingespeichert.

Die Sekundärspeicher der Zuordnungseinheit sind mit Bedien-/Verarbeitungseinheiten über sekundäre Übertragungskanäle verbunden. Die Zahl der vorhandenen Bedien-/Verarbeitungseinheiten in der Vorrichtung stimmt mit der Zahl der Sekundärspeicher einer Zuordnungseinheit überein, und zusätzlich ist noch eine weitere Bedien-/Verarbeitungseinheitals

Reserve vorhanden. Die sekundären Übertragungskanäle sind so ausgebildet, daß jede beliebige Bedien-A/erarbeitungseinheit mit jedem beliebigen Sekundärspeicher mittels eines Übertragungskanals verbunden werden kann.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung schließen die sekundären Übertragungskanäle eine Umschalteinrichtung ein, die eine Verbindung der Sekundärspeicher der ersten Zuordnungseinheit mit auswählbaren Bedien-/ Verarbeitungseinheiten herstellt oder einen Wechsel der Verbindungen der sekundären Übertragungskanäle von einer Zuordnungseinheit zu einer zweiten Zuordnungseinheit ermöglicht. Diese Umschalteinrichtung ist eine Kombination einer Vielzahl von Schaltern, wobei es sich um mechanische Schalter, elektronische Schalter oder einen programmierbaren Rechner handeln kann, der auf die Übertragungskanäle einwirkt.

Bei zwei parallel zueinander angeordneten Zuordnungseinheiten sind diese wahlweise mit den BedienWerarbeitungseinheiten verbindbar ausgebildet, wobei die Verbindung über sekundäre Übertragungskanäle erfolgt.

Sowohl die Funktionsüberwachungseinrichtung der Zuordnungseinheit als auch die der Sekundärspeicher zeigt eine Störung in der Verbindung zwischen Sekundärspeicher und der jeweils zugeordneten BedienWerarbeitungseinheit an.

Auch die Funktionsüberwachungseinrichtungen der BedienWerarbeitungseinheiten sind so ausgebildet, daß sie nicht nur eine Störung innerhalb der BedienWerarbeitungseinheit anzeigen können, sondern auch eine Störung in der Datenübermittlung über die sekundären Übertragungskanäle. Auch diese Überwachungseinrichtungen sind programmierbare Rechner mit Speicher.

Bei Ausfall der Datenübermittlung von einer Bedien-/Verarbeitungseinheit zum angeschlossenen Sekundärspeicher wird die durchgehende Verbindung vom sekundären Übertragungskanal zum Sekundärspeicher durch einen Umschaltvorgang gelöst, " und eine Verbindung der in einem zugeordneten programmierbaren Element des Sekundärspeichers eingegebenen Steuer-/ Regelprogramms zum zugeordneten Speicherelement eines Primärspeichers hergestellt, und es wird gleichzeitig ein Wechsel des Steuer-/Regelzustandsprogrammes in den des stabilen Schwebezustandes ausgelöst. Dieser, die Funktionsfähigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sicherstellende Vorgang kann sowohl von der Funktionsüberwachungseinrichtung einer BedienWerarbeitungseinheit als auch von der Funktionsüberwachungseinrichtung eines Sekundärspeichers ausgelöst werden.

Diese zwangsweise Veränderung des Regelzustandes auf ein anderes Niveau hat den Vorteil, daß das laufende Verfahren nur in soweit unterbrochen bzw. geändert wird, daß ein stabiler Schwebezustand erreicht wird, von dem eine Rückkehr in das normale Prozeßablaufprogramm noch möglich ist.

Durch die um eins höhere Zahl an BedienWerarbeitungseinheiten als Sekundärspeicher ist sichergestellt, daß auch im Falle einer vollständigen Kapazitätsausnutzung der Gesamtanlage, d. h. Benutzung aller Sekundärspeicher, bei Ausfall einer Bedien-/ Verarbeitungseinheit noch eine freie Einheit vorhanden ist, von der aus der weitere Ablauf gesteuert werden kann. Die Wahrscheinlichkeit des Ausfalls von mehr als einer BedienWerarbeitungseinheit einer Gruppe von beispielsweise 7 Einheiten bei einem gleichzeitig vorhandenen Bedarf von 6 Einheiten zur Prozeßsteuerung ist so gering, daß eine Bedien-/ Verarbeitungseinheit als Reserve ausreichend ist.

Um den Ausfall der Steuerung eines oder mehrerer Sekundärspeicher einer Zuordnungseinheit, der eine Unterbrechung oder Störung der elektrischen Verbindung der BedienWerarbeitungseinheit mit den primären Übertragungskanälen zu den Umwandlungseinrichtungen und den jeweiligen Apparaten zur Folge hätte, kompensieren zu können, sind, wie bereits angegeben, mindestens zwei Zuordnungseinheiten vorhanden. Eine höhere Zahl ist in der Regel nicht erforderlich und würde die erfindungsgemäße Vorrichtung nur unnötig verteuern.

Die flexible Zuordnung von BedienWerarbeitungseinheiten zu Umwandlungseinrichtungen in der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht es, beliebige Kombinationen von Apparaten auf jeweils eine BedienWerarbeitungseinheit zu schalten und die beabsichtigten Verfahren und Umsetzungen von dieser Einheit aus zu überwachen, zu steuern und zu regeln.

Die Ausführungsform mit in den Sekundärspeichern der.Zuordnungseinheiten abgelegten Steuer- und Regelzustandsprogrammefür den stabilen Schwebezustand und das Notabschaltprogramm hat gegenüber der Anordnung eines vom Rechnersystem einer BedienWerarbeitungseinheit unabhängigen zusätzlichen programmierbaren Elementes in jeder BedienWerarbeitungseinheit den Vorteil einer höheren Sicherheit bei Störung innerhalb der Bedien-/ Verarbeitungseinheit oder der Verbindung der sekundären Übertragungskanäle und gibt mehr Zeit zum Aktivieren einer ReservebedienWerarbeitungseinheit durch das Personal.

Die Erfindung beinhaltet jedoch auch ein Sicherheitsverfahren, mit dem ein Teilausfall der Vorrichtung durch Umschaltvorgänge kompensiert werden kann, und bei dem ggfs. durch automatische Umschaltung und vorprogrammierte Steuer-/ Regelprogramme die einzelnen Apparate so weiter betrieben werden, daß Schäden vermieden werden.

Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren zum Steuern und Regeln von chemischen und physikalischen Vorgängen in einer Vielzahl von dafür geeigneten Apparaten werden von Meßsonden abgegebene Signale durch Übertragungskanäle auf Bedien-/ Verarbeitungseinheiten übertragen, im Rechhersystem der BedienWerarbeitungseinheiten mit vorgegebenen Sollwertprogrammen verglichen und aus der Abweichung oder aus anschließenden Programmschritten resultierende Steuerbefehle durch Übertragungskanäle an die Stellglieder der angeschlossenen Apparate übermittelt, wobei im programmierbaren Rechnersystem jede BedienWerarbeitungseinheit unterschiedliche Steuer-/Regelzustandsprogramme für das jeweils gewünschte Ablaufprogramm der chemischen und/oder physikalischen Vorgänge, nämlich

a) das normale Prozeßablaufprogramm

b) für jeden zeitlichen Verfahrenszustand im Prozeß ein stabiler Schwebezustand, aus dem eine Rückkehr in das normale Prozeßablaufprogramm möglich ist, und

c) ein UnterbrechungsVNotabschaltprogramm

eingegeben werden. Das Kennzeichnende dieses Verfahrens besteht darin, daß die in dem programmierbaren Rechnersystem einer BedienWerarbeitungseinheit eingespeicherten Programme für den SteuerVRegelzustand des stabilen Schwebezustandes und das Unterbrechungspvogramm in einem vom Rechnersystem unabhängigen programmierbaren Element eingegeben und' abgespeichert werden, und daß bei Ansprechen einer Funktionsüberwachungseinrichtung einer BedienWerarbeitungseinheit mit Anzeige des Ausfalls des Rechnersystems dieser BedienWerarbeitungseinheit oder des Ausfalls der Datenübermittlung von dieser BedienWerarbeitungseinheit durch einen Umschaltvorgang eine Verbindung des unabhängigen programmierbaren Elementes zu dem zugeordneten Speicherelement eines Primärspeichers hergestellt wird und von dem unabhängigen programmierbaren Element ein Wechsel des Steuer-/Regelzustandes vom normalen Prozeßzustand in den des stabilen Schwebezustandes ausgelöst und die erforderlichen Steuersignale an die Stellglieder gegeben werden, daß bei Ansprechen der Funktionsüberwachungseinrichtung eines Sekundärspeichers oder der Zuordnungseinheit durch einen Umschaltvorgang die

Verbindungen der Zuordnungseinheit mit den sekundären Übertragungskanälen und zu den Umwandlungseinrichtungen führenden primären Übertragungskanälen gelöst, und eine Verbindung einer zweiten Zuordnungseinheit mit den entsprechenden primären Übertragungskanälen und sekundären Übertragungskanälen hergestellt wird, oder die Verbindungen eines gestörten Sekundärspeichers und des zugehörigen, ggfs. gestörten programmierbaren Elementes mit dem sekundären Übertragüngskanal und dem in derZuordnungseinheit angeordneten Primärspeicher durch einen Umschaltvorgang gelöst, und jeweils eine Verbindung des..sekundären Übertragungskanals und des Primärspeichers mit einem freien Sekundärspeicher der gleichen Zuordnungseinheft hergestellt wird, und das im Rechnersystem der über den sekundären Übertragungskanal angeschlossenen Bedien-/Verarbeitungseinheit eingespeicherte Programm für den Regelzustand des stabilen Schwebezustandes und das Unterbrechungsprogramm im zugeordneten unabhängigen programmierbaren Element eingespeichert wird, daß bei Ansprechen der Funktionsüberwachungseinrichtung einer über einen primären Übertragungskanal mit dem Primärspeicher verbundenen Umwandlungseinrichtung und bei Ausfall der Datenübermittlung vom zugeordneten Speicherelement des Primärspeichers zur Umwandlungseinrichtung durch einen Umschaltvorgang in der Umwandlungseinrichtung ein Wechsel des Steuer-ZRegelzustandsprogrammes auf das Programm der Prozeßunterbrechung und die Notabschaltung der angeschlossenen Apparate erfolgt.

Das unabhängige programmierbare Element kann sowohl in einer BedienWerarbeitungseinheit als auch in den Sekundärspeichern der Zuordnungseinheit angeordnet sein. Das Letztere ist bevorzugt, so daß in diesem Falle die in dem programmierbaren Rechnersystem einer BedienWerarbeitungseinheit eingespeicherten Programme für den Steuer-/ Regelzustand der stabilen Schwebezustandes und das Unterbrechungsprogramm über'sekundäre Übertragungskanäle in dem programmierbaren Element eines angeschlossenen, in der Zuordnungseinheit angeordneten Sekundärspeichers eingespeichert werden, und bei Ausfall der Datenübermittlung von einer Betriebs-/Verarbeitungseinheit zum angeschlossenen Sekundärspeicher die durchgehende Verbindung vom sekundären Übertragungskanal zum Sekundärspeicher durch einen Umschaltvorgang gelöst, und eine Verbindung der in einem zugeordneten programmierbaren Element des Sekundärspeichers eingegebenen Steuer-/Regelzustände zum zugeordneten Speicherelement eines Primärspeichers hergestellt wird und ein Wechsel des SteuerVRegelzustandes in den des stabilen Schwebezustandes ausgelöst und die erforderlichen Steuerbefehle an die Umwandlungseinrichtungen gegeben werden.

Um auch relativ komplexe Umsetzungsreaktionen und -vorgänge in den Apparaten sicher und reproduzierbar steuern zu können, sind in die Vorrichtung drei unterschiedliche Steuer-/Regelzustandsprogramme eingebbar. Der erste Zustand ist der normale Ablauf der gewünschten chemischen und/oder physikalischen Umsetzung in den mit der Bedien-/Verarbeitungseinheit durch das erfindungsgemäße Steuer- und Kommunikationssystem verbundenen Apparate. Dabei werden vom einprogrammierten Prozeßprogramm Steuerbefehle an die Regeleinrichtungen der Apparate geleitet, von Meßsonden in den Apparaten anfallende physikalische oder chemische Meßwerte aufgenommen, über das erfindungsgemäße Kommunikationssystem zur Bedien-/Verarbeitungseinheit geleitet und mit den eingespeicherten Sollwerten verglichen und bei Abweichungen Steuerbefehle an die Steuerorgane der Apparate weitergeleitet.

Der zweite eingebbare Regelzustand ist ein Anhalten des Verfahrensablaufes zu einem beliebligen Verfahrenszeitpunkt und Einstellen und Aufrechterhaltet eines stabilen Schwebezustandes (Stand-by-Zustand), aus dem heraus jederzeit eine . Fortsetzung des normalen Verfahrens durch Rückkehr in das erste Regelzustandsprogramm des normalen Verfahrensablaufes möglich ist. Der Übergang vom normalen Verfahrensprogrammablauf auf das erste Sicherheitsniveau eines unterbrochenen normalen Prozeßablaufes und Einstellen eines stabilen Schwebezustandes schließt nicht aus, daß dabei beispielsweise zum Erzeugen dieses Zustandes Prozeßparameter reversibel geändert werden. Dies kann eine Absenkung von Temperaturen oder eine Druckänderung in den Apparaten sein, die bei Rückkehr in das normale Prozeßablaufprogramm wieder rückgängig gemacht werden kann. Für den Unterschied zwischen dem normalen Prozeßablaufprogramm und dem stabilen Schwebezustand ist es entscheidend, daß der Schwebezustand beliebig lange stabil gehalten und eine Rückkehr in den normalen Verfahrensablauf wieder möglich ist. Das Anhalten des normalen Programmablaufes der gewünschten Umsetzung in einem sogenannten Standby-Zustand hat den Vorteil, daß irreversible Verluste in den einzelnen Apparaten in jedem Verfahrenszustand vermieden werden und nach Beseitigung der Störung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Fortführung des normalen Arbeitsprogrammes möglich ist.

Der dritte einprogrammierbare Regel- und Steuerzustand ist die irreversible Unterbrechung des Verfahrensablaufes in den Apparaten mit einem Sicherheits- und Notabschaltvorgang, aus dem eine Rückkehr in den normalen Betriebsablauf nicht ohne weiteres mehr möglich ist. Ein solches Not- oder Sicherheitsabschaltprogramm (Shut-down-Programm) ist aus Sicherheitsgründen für chemische und physikalische Vorgänge heute üblich. Ein solches automatisches vorprogrammiertes Sicherheitsabschaltprogramm basiert auf einer Überwachung der kritischen Parameter in den Apparaten. Werden die für die kritischen Parameter vorgegebenen Grenzwerte über- oder unterschritten, so daß ein Durchgehen der Reaktionen oder andere unerwünschte, nicht mehr zu kontrollierende Effekte eintreten, läuft automatisch ein Abschaltprogramm für die angeschlossenen Apparate bis zu einem sicheren stabilen Endzustand ab. Chemische und/oder physikalische Umsetzungen werden abgebrochen,.Temperaturen und bruckau* stabile Werte verändert. Bei Bedarf erfolgt das Einbringen von >

neutralisierenden Hijfsstoffen. oder das Entleerender Apparateinhalte in dafür vorgesehene Behälter ij. dgl. Dabei treten in der

, Regel M.aterialverluste eip,_;es werden jedoch Schäden an de,n Anlagen und Umweltverschmutzungen vermieden. Nach entsprechenden manuellen Eingriffen und ggfs. Reinigungsarbeiten in den einzelnen Apparaturen stehen diese für weitere Umsetzungen wieder zur Verfügung, · . .

Ein solches Steuer-und Regelsystem mit drei einprggrammierbaren Niveaus von Steuer-/Regelzuständen entspricht dem heute üblichen Standard von.Steuer- und Regelsystemen von Anlagen mit fest verbundenen Bedieneinheiten. , ., >. Der besondere Vorteil des erfiridungsgemäßen Verfahrens der Prozeßsteuerung bei Störungen im Prozeßleitsystem besteht darWdaß bei Ausfall einer B.edienWerarbeitungseinheit oder der Datenübermittlung von ihr an die Zuordnungseinheit durch das Einschalten eines unabhängigen programmierbaren Elements, in dem bereits Sicherheitprogramme abgelegt sind, ausreichend Zeit für das Personal vorhanden ist, eine freie BedienWerarbeitungseinheit oder die Reserveeinheit zu aktivieren und die erforderlichen gewünschten Prozeßdaten einzugeben, ohne daß eine irreversible Unterbrechung des normalen Prozeßablaufes notwendig ist. Der laufende und steuernde Prozeß in den angeschlossenen Apparaten wird lediglich in den reversiblen stabilen Schwebezustand überführt und kann von der aktivierten BedienWerarbeitungseinheit aus wieder auf das Niveau des normalen Prozeßablaufes zurückgeführt werden.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Vorrichtung werden die Sicherheitsanforderungen auf das System mit der flexiblen Verdrahtung übertragen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung erfordert im Gegensatz zu fest verdrahteten Bedieneinheiten nur für eine Gruppe von Bedieneinheiten eine zusätzliche Bedieneinheit. Bei Ausfall oder einer Störung im Bereich dieser Bedieneinheit bei normalem Prozeßverlauf in den Apparaten werden während der Umschaltphase auf die Ersatz-Bedien-/Verarbeitungseinheit nicht reversible Eingriffe in den Verfahrensablauf in den Apparaten vermieden. Dies wird dadurch möglich, daß die in der Zuordnungseinheit enthaltenen programmierbaren Elemente die erforderlichen Steuer-/ Regelzustandsprogramme enthalten, die, wie vorstehend bereits beschrieben, dann auf die Umwandlungseinrichtungen entsprechend einwirken.

Diese erfindungsgemäße Betriebsweise der Vorrichtung zum Steuern und Regeln erfüllt die Sicherheitsansprüche für chemische und/oder physikalische Vorgänge in entsprechenden Apparaten. Es benötigt gegenüber den bekannten Systemen einen geringeren apparativen Aufwand ohne Sicherheitsverluste und Risikovergrößerung.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.

Figur 1 zeigt ein Schaltschema einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Vorrichtung. In der oberen Reihe sind sechs Bedien-/Verarbeitungseinheiten 1 und eine Reserveeinheit wiedergegeben. Jede Bedien-/Verarbeitungseinheit 1 enthält ein programmierbares Rechnersystem 3, in das drei Regel-/Steuerzustandsprogramme eingegeben werden können. Diese sind schematisch mit den drei Kästchen wiedergegeben. Das linke Kästchen ist der Speicher für den normalen Prozeßablauf (PR), das mittlere Kästchen ist das Programm für den stabilen Schwebezustand (SB), und das rechte Kästchen symbolisiert das Sicherheitsabschaltprogramm (SD). Es ist jederzeit möglich, durch einen manuellen Eingriff vom normalen Prozeßablaufprögramm auf das Programm des stabilen Schwebezustandes umzuschalten. Außerhalb des Blockschemas jeder Bedien-/Verarbeitungseinheit ist die Funktionsüberwachungseinrichtung 2 symbolisch wiedergegeben.

Darunter sind die sekundären Übertragungskanäle 4 symbolisch wiedergegeben, wobei diese über Schalter mit je einer Bedien-/ Verarbeitungseinheit verbunden sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist am unteren Ende jedes der sekundären Übertragungskanäle ein Schalter wiedergegeben, der das Umschalten jeder einzelnen Bedien-/Verarbeitungseinheit auf die Reserveeinheit ermöglicht.

Die sekundären Übertragungskanäle 4 schließen eine Umschalteinrichtung 5 ein, mittels der die Umschaltvorgänge ausgeführt werden.

Die sekundären Übertragungskanäle stehen in Verbindung mit der darunter angegebenen Zuordnungseinheit 6, die die Sekundärspeicher 7, ein programmierbares Element (Matrix) 18 und einen Primärspeicher 8 aufweist. Oberhalb der Sekundärspeicher 7 ist symbolisch jeweils das zu jedem Sekundärspeicher gehörende programmierbare Element 11 wiedergegeben, in das zwei Regel-/Steuerzustandsprogramme eingegeben werden können. Ebenso ist die durchgehende Verbindung vom sekundären Übertragungskanal zum Sekundärspeicher wiedergegeben.

Jeder Sekundärspeicher 7 weist eine Funktionsüberwachungseinrichtung 10 auf. Die Zuordnungseinheit 6 weist als Ganzes noch eine Funktionsüberwachungseinrichtung 9 auf. Die Primärspeicher 8 sind in der Zuordnungszeit am unteren Rand wiedergegeben. Die Verbindung der einzelnen Speicherelemente des Primärspeichers 8 mit den Sekundärspeichern ist über ein programmierbares Element 18 auswählbar und symbolisch als Matrixverbindung angegeben. Der Primärspeicher 8 ist über primäre Übertragungskanäle 12 mit den Umwandlungseinrichtungen 13 verbunden. Diese sind als Gruppen im unteren Teil der Abbildung nebeneinander wiedergegeben. Jede dieser Umwandlungseinrichtungen 13 weist eine Funktionsüberwachungseinheit 14 auf.

Eine globale manuelle Notaus-Einrichtung 15 ist symbolisch für alle Umwandlungseinheiten dargestellt.

Die anschließende feste Verbindung der Umwandlungseinrichtung mit den einzelnen Apparaten ist in Fig. 1 symbolisch durch eine Ein-/Ausgangsleitung 19 wiedergegeben.

Die Umschaltmöglichkeit der sekundären Übertragungskanäle 4 der Umschalteinrichtung 5 auf eine parallele Zuordnungseinheit 6 ist mit gestrichelten Linien in der Umschalteinrichtung 5 wiedergegeben.

Der jeder BedienWerarbeitungseinheit zugeordnete Protokolldrucker und Alarmdrucker ist als PD 16 und AD 17 symbolisch nur für eine BedienWerarbeitungseinheit dargestellt.

Figur 2 zeigt in einer anderen Darstellung nochmals die flexible Verknüpfung innerhalb einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Schema. Oben sind die Bedien-/Verarbeitungseinheiten 1 symbolisch wiedergegeben, jedoch insgesamt nur vier, eines davon dient als Reserveeinheit.

Darunter ist die Umschalteinrichtung 5 mit den darin vorhandenen sekundären Übertragungskanälen angeordnet. Die Umschalteinrichtung 5 steht mit zwei parallel angeordneten Zuordnungseinheiten 6 in Verbindung, die jeweils mehrere Sekundärspeicher 7 mit programmierbaren Elementen 11 und den Primärspeicher 8 aufweisen. Die Verbindung zwischen dem Primärspeicher 8 und den Sekundärspeichern 7 erfolgt über eine Matrix 18, die eine beliebige Zuordnung von Speicherelementen des Primärspeichers mit Speicherelementen eines Sekundärspeichers ermöglicht. Die Primärspeicher 8 der beiden parallelen Zuordnungseinheiten 6 sind über primäre Übertragungskanäle 12 mit den Umwandlungseinrichtungen 13 fest

verbunden. .

Die Erfindung wird nun anhand eines Beispiels noch näher beschrieben.

Das flexible Prozeßautomatisierungssystem (F PAS) ist eine Vorrichtung, die drei Ebenen aufweist.

Die unterste Ebene weist Umwandlungseinrichtungen auf, in denen die von den fest angeschlossenen Apparaten, in denen chemische und/oder physikalische Vorgänge oder Reaktionen ablaufen, von Meßsonden aufgenommenen ankommenden Signale und die Ausgangssignale an Stellglieder der Regeleinrichtungen der Apparate umgewandelt werden. Hierzu wird das System 86 von Oxford-Automation eingesetzt. Die I/O-Karten und die Umwandlung der Signale auf dieser Ebene unterscheidet sich nicht von anderen bekannten Systemen.

In den sogenannten Umwandlungseinheiten (remote-units [RU]) stehen 16 I/O-Fächer, die durch eine lokale zentrale Prozessor-Einheit (CPU) verarbeitet werden, zur Verfugung. Die mittlere Ebene ist eine Zuordnungseinheit in Form eines Signalmatrix-Systems (MK), in dem die digitalisierten Prozeßsignale mit Hilfe von Rechenprogrammen und abhängig von einer bestimmten Apparatekonfiguration für eine bestimmte chemische und/oder physikalische Vorgangsfolge (Verfahrensablauf) entsprechenden Bedien-/Verarbeitungseinheiten zugewiesen werden. Als geeigneter Matrix-Computer hat sich ein Multibus-System mit der Zentraleinheit 8086 von Intel erwiecsn.Eine 8086-Karte emuliert das Interface von 2 PMS 20. Die Verbindung zwischen der untersten Ebene und der mittleren Ebene erfolgt über primäre Übertragungskanäle, die ein Feldbus-Interface sind. Dabei sind jeweils 5 Umwandlungseinheiten an einem Übertragungskanal angeschlossen und insgesamt drei primäre Übertragungskanäle vorhanden. Es wird eine sehr hohe effektive Übergabegeschwindigkeit der Daten erreicht. Ein ganzer Übergabezyklus, einschließlich Wandlung, ergibt eine effektive Übertragung von 750 analogen Werten pro Sekunde in 5 RU. Die Zuordnungseinheit der mittleren Ebene weist einen Primärspeicher auf, der an die primären Übertragungskanäle angeschlossen ist. Bis zu 68 Umwandlungseinheiten können über die primären Übertragungskanäle mit dem Primärspeicher in Kontakt stehen und Signale aufnehmen und/oder an den Primärspeicher abgeben. Dieses Netzwerk der Übertragungskanäle wird durch ein Line Control Modul (ILCM) gesteuert und schreibt Daten in den Primärspeicher (Dual-port RAM-Speicher [DPR]) ein. Dies ist ein Speicher, der duale Daten und Adressenverbindungen hat. Der Primärspeicher stellt das digitale äquivalente Bild der Prozeßinformation dar. Die primären Übertragungskanäle und der ILCM werden in diversen kompatiblen Versionen geliefert. Für das beschriebene System wurde die Intel-Version gewählt, vor allem wegen der großen Flexibilität des Multibus, so daß mehrere Zuordnungseinheiten angeschlossen werden können. Theoretisch könnte ein primärer Übertragungskanal alle Umwandlungseinrichtungen abtasten, aber aus Gründen der Verfügbarkeit und Geschwindigkeit sind drei primäre Kanäle (eine pro 5 Umwandlungseinheiten) verwendet worden.

Die höchste Ebene sind BedienWerarbeitungseinheiten, die mit der Zuordnungseinheit der mittleren Ebene über sekundäre Übertragungskanäle in Verbindung stehen. Die Bedien-/Verarbeitungseinheiten sind nochmals in zwei Ebenen unterteilt, nämlich:

1) die Batch-Organisation mit einem GEC-GEM 80 System und

2) die kontinuierliche Regelung mit einem PMS 20 System.

Diese sind Standardsysteme, deren Verwendung nicht bestimmend für das Funktionieren des Systems ist.

Die Batch-Organisation (die höchste Ebene), die in einem GEC-GEM 80 System untergebracht wurde, steht für die kontinuierliche Regelung mit der darunterliegenden Ebene (PMS 20 von Ferranti) in Verbindung. In einer normalen Konfiguration verfügt der PMS 20 über ein Prozeßinterface (sekundärer Übertragungskanal), die als Unterstation PMS 10 ausgeführt wird. Es sind vier PMS 10 pro PMS 20 vorgesehen. Funktionsmäßig jedoch ist die Unterstation PMS 10 der Umwandlungseinheit des „Systems 86" gleichwertig. Die Verbindung zwischen „System 86" und PMS 20 geschieht über eine serielle Schnittstelle des

Typs V. 24. ·

Die Programmierung des Matrixcomputers 18 der Zuordnungseinheit geschieht über eine Bedienstation mit Bildschirm und Tastatur. Auf dem Bildschirm wird die Anordnung der Umwandlungseinrichtungen der selektierten PMS 10 projektiert. Mittels der Tastatur kann man Kanaladressen des PMS 10 mit jeder gewünschten Kanaladresse des ILCM verbinden. Bevor eine endgültige Verknüpfung zustande kommt, werden die notwendigen Kontrollen ausgeführt. Ist eine Verbindung gültig, dann kann diese bestätigt werden und wird in dem E²PROM festgelegt, so daß der Inhalt nicht mehr unabsichtlich gelöscht, aber noch geändert werden kann.

In dieser Weise bringt der Systemoperator die Verbindungen zwischen den Umwandlungseinrichtungen und der Bedien-/ Verarbeitungseinheit (PMS 20) zustande. Wenn gewünscht, kann ein Signal auf mehrere Bedien-/Pulte geführt werden.

Ein Modell für eine bestimmte Prozeßkonfiguration kann auf Diskette festgelegt werden. Der Prozessor steuert auch einen Drucker, worauf systemorientierte Berichte, u.a. Fehlercode, Verbindungs-und Konfigurationsprotokolle, abgedruckt werden.

Maßnahmen zur Erhöhung der Verfügbarkeit

1. Auf der Ebene der BedieiWVerarbeitungseinheiten

Hier wurde das „stabile Schwebezustand-Verknüpfungs"-Konzept angewendet. Die Verfügbarkeit wurde zusätzlich erhöht, indem man die Batch-Organisation und die kontinuierliche Regelung in separaten Modulen untergebracht hat. Bei Ausfall der Batch-Organisation wird eine externe Funktionsüberwachungseinrichtung aktiviert, die die kritischen Sicherheitsfunktionen übernimmt, und wodurch der Prozeß in einem stabilen Schwebezustand gehalten wird (gracefuldegradation). Alle entsprechenden kontinuierlichen Regelungen funktionieren jedoch weiter. Fällt das kontinuierliche Regelungssystem aus, dann ist das Programm des stabilen Schwebezustands in der Zuordnungseinrichtung (Matrix-Computer-Hardware) integriert.

Gezieltes Abfahren eines Prozesses

Angenommen, daß bei Ausfall einer der aktiven Bedien-/Verarbeitungseinheiten keine weitere Einheit mehr eingeschaltet werden kann, dann fällt in dem Augenblick die Steuerung und die Regelung einer der Prozesse weg. Die Ausgangssignale auf die Umwandlungseinrichtungen sind auf den letzten Werten festgehalten worden, und der Prozeß wird in diesem Zustand weiterlaufen,'ohne daß die PMS 20-Einheit noch Korrekturen in seinen Programmen durchführen kann.

Um einen gefährlichen Zustand zu vermeiden, wird ein Sicherheitssystem (stabiler Schwebezustand) unter Steuerung des Matrix-Computers in Betrieb gesetzt. Dieses System bringt (eventuell sequentiell) den Prozeß in einen sicheren Zustand, ohne daß der Prozeß mittels eines Notabschaltprograrnms komplett stillgelegt wird (shut down). Dies gibt dem Bedienungspersonal die Möglichkeit, eine Reserve-BedienWerarbsitungseinheit aufzustarten, die die Führung des Prozesses wieder übernimmt.

Somit.können Produktionsverluste weitmöglichst eingeschränkt werden. Um bei Systemausfall der kontinuierlichen Regelung den Prozeß so schnell wie möglich wieder aufstarten zu können, ist ein gemeinsames „cold-stand-by" System vorgesehen.

Sekundäre Speicher (SDB)-Umschaltung der Zuordnungseinheit

Angenommen wird, daß eine der Bedien-/Verarbeitungseinheiten ausfällt, und es steht eine Reserve-PMS 20-Einheit zur Verfugung, dann muß man erst die an den defekten PMS 20 zugeordneten Signale der Reserveeinheit zuweisen. Dies ist eine ziemlich komplizierte Aktion. Die Zuordhungseinheit (MC) ist mit einem Programm versehen, das das Umschalten von einem bestimmten sekundären Speicher zu jedem anderen PMS 20 zuläßt. Eine Überwachung verhindert das Umschalten von einem Sekundärspeicher via sekundärem Übertragungskanal auf eine andere Bedieneinheit, wenn die gewählte Bedieneinheit bereits via einem sekundären Übertragungskanal mit einem anderen Sekundärspeicher für einen anderen Prozeß verbunden ist.

2. Zuordnungseinheit (Matrix-Computerebene [MC])

Dies ist der kritischste Teil des Systems. Es laufen verschiedene Prozesse simultan. Bei Ausfall einer Bedieneinheit wird nur dieser Prozeß gestoppt. Wenn aber die Zuordnungseinheit ausfällt, würde der gesamte Betrieb stillgelegt werden. Deswegen wurde diese Ebene redundant (doppelt) ausgeführt.

Über einer Interprozessor-Verbindung zwischen dem Koordinator der MC-Prozessoren und den Funktionsüberwachungseinrichtungen werden die Telegramme zwischen MC a und b, die für eine gleiche Signalkonfiguration des Stand-by-MC und des Master-MC sorgen, ausgetauscht. Über diese Verbindung kontrolliert der Master-MC, ob alle Systemfunktionen in dem Stand-by-MC in Ordnung sind, so daß automatische oder manuelle Umschaltung möglich ist. Die PMS 20-Einheit ist nicht mit Doppelkanälen (zur Verbindung mit dem Matrix Computer MC a und b) versehen. Um die Verbindung von dem einzelnen PMS 20-lnterface (V 24) zu dem redundanten MC zu ermöglichen, wurde eine spezielle hardwaremäßige Lösung, die „change over module", gewählt.

3. Umwandlungseinrichtung (I/O-Ebene)

Bei dem I/O-Subsystem ist ein hoher Verteilungsgrad aufgebaut.

Alle Datenlinien vom I/O-Subsystem und alle Interface zu den Umwandlungseinrichtungen sind doppelt ausgeführt worden. Ein von der Umwandlungseinrichtung gesteuerter Monitor kontrolliert das Stand-by-lnterface zum zweiten Feldbus.

Die Speisung der Umwandlungseinrichtungen ist doppelt ausgeführt mit der Möglichkeit zur Übernahmeschaltung zwischen den Speisungen gegenseitig. Auf der Ebene der Umwandlungseinrichtungen wurden Maßnahmen ergriffen, die im Fall einer Störung jede Umwandlungseinrichtung separat in einen sicheren Zustand bringt. Ein solcher Defekt wird durch das on-line-Diagnose-Programm der ILCM und des MC entdeckt und kann eventuell bestimmte Aktionen, abhängig von der Wichtigkeit der Signale, auf dieser Umwandlungseinrichtung veranlassen.

Claims

1. Vorrichtung zum Regeln und Steuern von chemischen und physikalischen Vorgängen in einer Vielzahl von dafür geeigneten Apparaten, die mit Meßsonden für Parameter und Stellgliedern zum Einstellen von vorgegebenen Parametern versehen sind, wobei die Meßsonden und die Stellglieder einer Vielzahl von Apparaturen mit Ui iiwandlungseinrichtungen verbunden sind und die Umwandlungseinrichtungen wahlweise mit programmierbare Rechnersysteme aufweisenden Datenverarbeitungseinrichtungen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß

a) mehrere Bedien-/Verarbeitungseinheiten (1) vorhanden sind,

b) jede Umwandlungseinrichtung (13) über einen primären Übertragungskanal (12) mit mindestens einer Zuordnungseinheit (6) verbunden ist, wobei diese Zuordnungseinheit einen Primärspeicher (8) mit einer Vielzahl von Speicherelementen und mehrere Sekundärspeicher (7) mit jeweils einer Vielzahl von Speicherelementen aufweist, und

c) jedes Speicherelement des Primärspeichers (8) mit jedem Speicherelement eines Sekundärspeichers (7) elektrisch wahlweise verbunden ist, und

d) die Sekundärspeicher (7) über sekundäre Übertragungskanäle (4) mit jeweils einer von mehreren Bedien-/Verarbeitungseinheiten (1) verbunden sind, so daß beliebige Sekundärspeicher (7) mit

einer beliebig auswählbaren Bedien-ZVerarbeitungseinheit (1) verbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch Ϊ, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der vorhandenen Bedien-/ Verarbeitungseinheiten (1) mit der Zahl der Sekundärspeicher (7) der Zuordnungseinheit (6) übereinstimmt, und noch eine zusätzliche Bedien-/Verarbeitungseinheit vorhanden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zueinander angeordnete Zuordnungseinheiten (6)vorhandensind,diewahlweisemitden Umwandlungseinrichtungen (13) und den Bedien-ZVerarbeitungseinheiten (1) verbindbar ausgebildet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei parallel zueinander angeordnete Zuordnungseinheiten (6) vorhanden sind, die jeweils mit den Umwandlungseinrichtungen (13) verbunden sind und wahlweise mit den Bedien-/Verarbeitungseinheiten (1) verbindbar ausgebildet sind.

5. Vorrichtung nach jedem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die sekundären Übertragungskanäle (4) eine Umschalteinrichtung (5) einschließen, die eine Verbindung der Sekundärspeicher (7) der ersten Zuordnungseinheit (6) mit auswählbaren Bedien-/ Verarbeitungseinheiten (1) herstellt und/oder einen Wechsel der Verbindungen der sekundären Übertragungskanäle (4) von einer Zuordnungseinheit (6) zu einer paraJIelen zweiten Zuordnungseinheit (6) ermöglicht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Bedien-/Verarbeitungseinheit (1) eine Funktionsüberwachungseinrichtung (2) aufweist, die eine Störung innerhalb der Bedien-/ Verarbeitungseinheit (1) und/oder der Verbindung mit der Umschalteinrichtung (5) anzeigt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuordnungseinheiten (6) jeweils eine Funktionsüberwachungseinrichtung (9) aufweisen, die eine Störung innerhalb der Zuordnungseinheit (6) und/oderderVerbindungen mitderUmschalteinrichtung (5) und/oder den Umwandlungseinrichtungen (13) anzeigt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärspeicher (7) der Zuordnungseinheiten (6) jeweils eine Funktionsüberwachungseinrichtung (10) aufweisen, die eine Störung in der Verbindung zwischen Sekundärspeicher (6) und der zugeordneten Bedien-/ Verarbeitungseinheit (1) und/oder der Verbindung mit dem Primärspeicher (7) anzeigt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Umwandlungseinrichtung (13) eine Funktionsüberwachungseinrichtung (14) aufweist, die eine Störung innerhalb der Umwandlungseinrichtung (13) und/oder der Verbindungen zu den Zuordnungseinheiten (6) anzeigt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Bedien-/Verarbeitungseinheit (1) neben dem programmierbaren Rechnersystem (3), in das drei unterschiedliche Steuer-/ Regelzustandsprogramme eingebbar sind, ein davon unabhängiges programmierbares Element (11), in das zwei unterschiedliche Steuer-/Regelzustände eingebbar sind, aufweist, und das bei Ausfall des Rechnersystems (3) mit dem zugehörigen sekundären Übertragungskanal (4) verbindbar ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärspeicher (8) mit den Sekundärspeichern (7) innerhalb der Zuordnungseinheit (6) durch jeweils ein programmierbares Element (18) verbunden ist, das die Zuordnung der Speicherelemente des Primärspeichers (8) zu den Speicherelementen der Sekundärspeicher (7) herstellt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das programmierbare Element (18) oder ein programmierbares Element (11) innerhalb der Zuordnungseinheit (6) jeweils neben einer durchgehenden Verbindung von den sekundären Übertragungskanälen (4) zu den Sekundärspeichern (7) das Eingeben von zwei unterschiedlichen Steuer-/ Regelzustandsprogrammen ermöglicht, die auf die Sekundärspeicher (7) schaltbar sind.

13. Verfahren zum Steuern und Regeln von chemischen und physikalischen Vorgängen in einer Vielzahl von dafür geeigneten Apparaten, bei dem von Meßsonden abgegebene Signale durch Übertragungskanäle auf Bedien-/Verarbeitungseinheiten mit vorgegebenen Sollwertprogrammen verglichen und aus Abweichung oder anschließenden Programmschritten resultierte Steuerbefehle durch Übertragungskanäle an die Stellglieder der angeschlossenen Apparate übermittelt werden, wobei im programmierbaren Rechnersystem jeder Bedien-/ Verarbeitungseinheit unterschiedliche Steuer-/Regelzustandsprogramme für das jeweils gewünschte Ablaufprogramm der chemischen und/oder physikalischen Vorgänge, nämlich

a) das normale Prozeßablaufprogramm (PR),

b) für jeden zeitlichen Verfahrenszustand im Prozeß ein stabiler Schwebezustand (SB), aus dem eine Rückkehr in das normale Prozeßablaufprogramm möglich ist,

c) ein Unterbrechungs-/Notabschaltprogramm (SD)

eingegeben werden, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem programmierbaren Rechnersystem einer Bedien-/Verarbeitungseinheit eingespeicherten Programme für den Steuer-/Regelzustand des stabilen Schwebezustandes und das Unterbrechungsprogramm zusätzlich in einem vom Rechnersystem unabhängigen programmierbaren Element eingegeben und abgespeichert werden, und

i) daß bei Ansprechen einer Funktionsüberwachungseinheit einer Bedien-A/erarbeitungseinheit mit Anzeige des Ausfalls des Rechnersystems dieser Bedien-/Verarbeitungseinheit oder des Ausfalls der Datenübermittlung von dieser Bedien-/Verarbeitungseinheitzum angeschlossenen SekundärspeicherderZuordnungseinheitdurch ein Umschaltvorgang

d) eine Verbindung des unabhängigen programmierbaren Elementszudem zugeordneten Speicherelementeines Primärspeichers hergestellt wird, und

e) von dem unabhängigen programmierbaren Element ein Wechsel des Steuer-/Regelzustandes vom normalen Prozeßzustand in den des stabilen Schwebezustandes ausgelöst und die erforderlichen Steuersignale an die Stellglieder gegeben werden,

ii) daß bei Ansprechen der Funktionsüberwachungseinrichtung eines Sekundärspeichers durch einen Umschaltvorgang

f) die Verbindung der Zuordnungseinheit mit den sekundären Übertragungskanälen und zu den Umwandlungseinrichtungen führenden primären Übertragungskanälen gelöst und

g) eine Verbindung einer zweiten Zuordnungseinheit mit den entsprechenden primären Übertragungskanälen und sekundären Übertragungskanälen hergestellt wird, oder

h) die Verbindungen eines gestörten Sekundärspeichers und des zugehörigen ggfs. gestörten programmierbaren Elementes mit dem sekundären Übertragungskanal und dem in der Zuordnungseinheitangeordneten Primärspeicherdurch einen Umschaltvorgang gelöst und jeweils eine Verbindung des sekundären Übertragungskanals und des Primärspeichers mit einem freien Sekundärspeicherdergleichen Zuordnungseinheithergestelltwird, und

k) das im Rechnersystem der über den sekundären Übertragungskanal angeschlossenen Bedien-/Verarbeitungseinheit eingespeicherte Programm für den SteuerVRegelzustanddes stabilen Schwebezustandes und das Unterbrechungsprogramm zusätzlich im zugeordneten unabhängigen programmierbaren Element eingespeichert werden,

iii) daß bei Ansprechen der Funktionsüberwachungseinrichtung der Zuordnungseinheit durch einen Umschaltvorgang

I) die Verbindung derZuordnungseinheitmitden sekundären Übertragungskanälen und zu den

Umwandlungseinrichtungen führenden primären Überträgungskanälen gelöst und m) eine Verbindung einer zweiten Zuordnungseinheit mit den entsprechenden primären

Übertragungskanälen und sekundären Übertragungskanälen hergestelltwird, und n) das im Rechhersystem der über den sekundären Übertragungskanal angeschlossenen BedienWerarbeitungseinheit eingespeicherte Programm für den Steuer-/Regelzustand des stabilen Schwebezustandes und das Unterbrechungsprogramm zusätzlich im zugeordneten

unabhängigen programmierbaren Element eingespeichertwerden, iv) daß bei Ansprechen der Funktionsüberwachungseinrichtung einer über einen primären Übertragungskanal mit dem Primärspeicherverbundenen Umwandlungseinrichtung und Ausfall der Datenübermittlung vom zugeordneten Speicherelement des Primärspeichers zur

Umwandlungseinrichtung durch einen Umschaltvorgang o) in der Umwandlungseinrichtung ein Wechsel des SteuerVRegelzustandprogramms auf das Programm der Prozeßunterbrechung und die Notabschaltung der angeschlossenen Apparate erfolgt.