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Die
Erfindung betrifft eine Hochstromanlage, bestehend aus Steuer- und Überwachungsmitteln zur
allgemeinen Betriebssteuerung und Überwachung des Anlagenbetriebs
sowie Mitteln zur direkten Steuerung von Leistungskomponenten der
Anlage, die im Rahmen der Stromerzeugung, insbesondere der Stromkonstantregelung
und der Stromrichtersteuerung, tätig
sind.
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Hochstromanlagen
dienen dazu, Drehstrom in Gleichstrom zu wandeln und den arbeitenden
Anlagenkomponenten zur Verfügung
zu stellen. Von einer Hochstromanlage spricht man ab einem zur Verfügung gestellten
Gleichstrom von ca. 10.000 A, wobei bekannte Anlagen bis zu 400.000
A liefern. Solche Anlagen kommen überall dort zum Einsatz, wo extrem
hohe Ströme
benötigt
werden, wie beispielsweise bei Elektrolyseanlagen, im Bereich der
Stahlerzeugung wie auch der Herstellung von Nicht-Eisen-Metallen
und im Chemiebereich. Viele derzeit noch im Betrieb befindliche
Hochstromanlagen weisen zur Steuerung/Regelung des gesamten Betriebs der
Hochstromanlage eine zentrale Steuerungs-/Regelungseinheit auf,
in der eine Vielzahl vornehmlich analoger Komponenten beinhaltet
sind, die die zentralen Aufgaben, nämlich die allgemeine Betriebssteuerung
(eingeleitet durch entsprechende manuelle Eingaben eines Bedieners
oder von einer übergeordneten
Befehlseinrichtung) wie die Überwachung des
Anlagenbetriebs (durch Abgreifen und Verarbeiten von Sensorsignalen
etc.) als auch die direkte Steuerung/Regelung der Leistungskomponenten, also
derjenigen Aggregate, die der Stromerzeugung dienen, steuert/regelt.
In der Regel sind diese Steuerungseinrichtungen aus prozessnotwendigen
Gründen
mit speziellen oder speziell angepassten analogen Komponenten realisiert
worden. Das Layout der Steuerungseinrichtung wurde relativ unstrukturiert gewählt, das
heißt,
dass eine funktionsspezifische Unterteilung einzelner Steuerungseinrichtungsgruppen
nicht vorgenommen wurde, viel mehr sind häufig die einzelnen Komponenten,
die beispielsweise zur Steuerung der Leistungsbauteile wie z.B.
der Thyristoren dienen, unstrukturiert innerhalb des gesamten Steuerungsmoduls
verteilt. Dies macht es schwierig, solche Anlagen zu warten. Hinzu
kommt, dass häufig auch
die analogen Komponenten nicht mehr verfügbar sind, da sie aufgrund
des zunehmenden Übergangs
zur digitalen Technik nicht mehr hergestellt werden. Für den Anwender
bedeutet dies, dass er bei einem Ausfall eines solchen Bauteils
die Anlage zumindest temporär
nicht mehr nutzen kann und mit der Beschaffung eines Austauschteils,
das mitunter separat hergestellt werden muss, hohe Kosten verbunden
sind.
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Aber
auch bei modernen Anlagen wird üblicherweise
eine zentrale Steuerungseinrichtung vorgesehen, die sämtliche
Komponenten, die für
den Betrieb der Hochstromanlage erforderlich sind, beinhaltet, deren
Komponenten wenngleich in digitaler Technik häufig ebenfalls speziell ausgeführt bzw.
angepasst sind. Auch hier stellt sich das Problem, dass eine Wartung/Reparatur
im Falle eines Ausfalls einer solchen speziell hergerichteten bzw.
konzipierten Komponente nur sehr aufwendig möglich ist.
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Der
Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine Hochstromanlage
anzugeben, die auch nach langer Zeit einfach gewartet bzw. wieder
instand gesetzt werden kann.
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Zur
Lösung
dieses Problems ist bei einer Hochstromanlage der eingangs genannten
Art erfindungsgemäß vorgesehen,
dass die Steuerungs- und Überwachungsmittel
und die Mittel zur direkten Steuerung und/oder Regelung der Leistungskomponenten
in Form separater, voneinander getrennter, aber miteinander kommunizierender
Einheiten vorgesehen sind, die jeweils mittels wenigstens einer
im Bedarfsfall austauschbaren, der Durchführung der jeweiligen Einheit
spezifischen Funktion dienenden Standardkomponente realisiert sind.
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Die
erfindungsgemäße Hochstromanlage zeichnet
sich dadurch aus, dass die Steuerungs- und Überwachungsmittel sowie die
Mittel zur Leistungskomponentensteuerung in Form separater Betriebseinheiten
oder Betriebsmodule realisiert sind, mithin also sowohl funktional
als auch von der Grundkonzeptionierung und dem gesamten Anlagenlayout
getrennte Einheiten oder Module sind, anders als dies bisher der
Fall war, wo sämtliche
Elemente in einem gemeinsamen Steuerungskomplex mehr oder weniger
unstrukturiert zusammengefasst waren. Darüber hinaus werden zur Bildung
der Einheiten ausschließlich
Standardkomponenten verwendet, also Geräte, die vom Aufbau wie auch
ihrer Betriebsweise her kein Sonder- oder Spezialbauteil sind, sondern
die unabhängig
vom Einsatz stets gleich aufgebaut sind, ihre Funktion aber durch
entsprechende Softwareapplikationen dem konkreten Einsatzzweck angepasst
werden können.
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Der
erfindungsgemäß vorgesehene
strukturierte funktionsspezifisch-modulare Aufbau ermöglicht es
nun, zum einen eine konkrete Zuordnung eines Bauteils zu einem bestimmten
Funktionsmodul bzw. einer Funktionseinheit vorzunehmen, um so im Falle
einer Störung
unmittelbar und gezielt die Störungsursache
erkennen zu können.
Darüber
hinaus bietet die Verwendung von Standardkomponenten die Möglichkeit,
diese Standardkomponente gegen eine neue Standardkomponente auszutauschen,
und zwar auch dann, wenn die originäre Standardkomponente nicht
mehr verfügbar
ist, nachdem die eigentliche Einrichtung und Anpassung an die Gegebenheiten
durch geeignete Softwareapplikation erfolgt. Denn diese Standardkomponenten
sind auf diese Weise vielseitig parametrierbar, können also
dem jeweiligen Einsatzzweck angepasst werden und unterscheiden sich
in ihrem grundsätzlichen
Aufbau nicht. Nachdem es sich um Standardbauteile handelt, die in hoher
Zahl benötigt
und auch anderswo eingesetzt werden, stellt – anders als bisher beider
speziellen Auslegung analoger oder digitaler Komponenten für den konkreten
Einsatzzweck einer Hochstromanlage – die Beschaffung von Ersatzteilen
kein Problem dar.
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Um
die beschriebenen Einheiten oder Module noch tiefer aufzulösen, sieht
eine vorteilhafte Erfindungsausgestaltung vor, dass eine Einheit
aus mehreren funktionsspezifischen, gegebenenfalls voneinander auch
räumlich
getrennten Untereinheiten besteht, die jeweils mittels wenigstens
einer im Bedarf austauschbaren, der Durchführung der jeweiligen Untereinheit
spezifischen Standardkomponente realisiert sind. Das heißt, dass
je nach Funktion, Größe und Auslegung
einer Einheit mehrere Untereinheiten mit speziellen spezifischen
Funktionen realisiert werden können,
die ihrerseits wiederum aus Standardkomponenten aufgebaut sind.
Das heißt,
dass sich insgesamt ein modularer, aus standard- oder handelsüblichen
Komponenten realisierter Aufbau ergibt, der zum einen in hohem Maß strukturiert
ist, und der zum anderen die jederzeitige Wartung/Instandsetzung
infolge der Verwendung von handelsüblichen Standardkomponenten
gewährleistet.
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Für eine einfache
Kommunikation ist es ferner zweckmäßig, wenn die Einheiten und
gegebenenfalls die Untereinheiten eine Einheit untereinander über einem
Kommunikationsbus, vorzugsweise einem Profibus DP, miteinander kommunizieren.
Diese Buskommunikation minimiert mit besonderem Vorteil den Verkabelungsaufwand
und verbessert die Störsicherheit.
Ferner können über diese
Buskommunikation auch räumlich
getrennte Standardkomponenten von Untereinheiten oder dergleichen,
die z.B. der Erfassung von Sensorsignalen an entfernteren Orten
der Anlage dienen, ohne weiteres in die Kommunikationsstruktur eingebunden
werden.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der
Zeichnung.
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In
dieser ist in Form einer Prinzipskizze ein Strukturierungskonzept
für eine
Hochstromanlage für eine
Elektrolyseeinrichtung gezeigt, dieses Konzept gilt aber ganz allgemein
auch für
anderen Einsatzzwecken dienenden Hochstromanlagen.
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Die
erfindungsgemäße Hochstromanlage umfasst
zum einen Steuerungs- und Überwachungsmittel 1,
die im gezeigten Beispiel in Form einer ersten Bedien- und Steuereinheit
I realisiert sind, wie nachfolgend noch im Detail beschrieben wird.
Ferner sind Mittel 2 zur direkten Steuerung/Regelung von verschiedenen
Komponenten 3, 4 vorgesehen, welche Mittel 2 ebenfalls
in Form einer abgeschlossenen Regeleinheit II realisiert sind.
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Die
Steuerungs- und Überwachungsmittel 1 umfassen
zum einen eine Einrichtung 5, die der eigentlichen Steuerung
und Überwachung
bzw. diesbezüglichen
Datenverarbeitung dienen. Mit dieser verbunden ist eine Eingabeeinrichtung 6, über die
der Benutzer Steuerbefehle, die seitens der Einrichtung 5 verarbeitet
und umgesetzt werden sollen, gegeben werden können. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann
die Einrichtung 5 auch über
eine nicht näher
gezeigte Busanbindung mit einem übergeordneten
Leitrechner verbunden sein, der entsprechende Steuerbefehle gibt.
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Die
Einheit I besteht neben der Einrichtung 5, die ihrerseits
bereits eine Untereinheit darstellt, aus weiteren Untereinheiten 7, 8,
die aus mehreren einzelnen Komponenten 9, 10 aufgebaut
sind, bei denen es sich z.B. um dezentrale Ein-/Ausgabestationen für die Aufnahme von Ein- und
Ausgaben handelt. Während
die Untereinheit 7 in unmittelbarer Nähe zur Steuerungseinrichtung 5 angeordnet
sein kann, kann die Untereinheit 8 bzw. auch deren Komponenten 10 extern
dazu an einem entfernten Ort oder auf mehrere entfernte Orte verteilt
angeordnet sein. Die Kommunikation erfolgt in beiden Fällen bevorzugt über eine
Busleitung 11, die die Einheiten 8 und 7 mit
der Einrichtung 5, die ebenfalls eine Einheit bildet, verbindet.
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Bei
allen Einrichtungen 5, 7 und 8 bzw. den Komponenten 9, 10 handelt
es sich um Standardkomponenten, die funktionsspezifisch eingerichtet sind,
jedoch keine Spezialanfertigungen oder speziellen Auslegungen hinsichtlich
des hardwaremäßigen Aufbaus
erfahren haben.
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Als
Einrichtung 5 kann beispielsweise eine Steuerungs- und Überwachungseinheit
aus der SIMATIC-Familie (SIMATIC = Typenbezeichnung) der Anmelderin
sein, während
es sich bei den Einheiten 7 und 8 bzw. den Komponenten 9 bzw. 10 um Ein-/Ausgabestationen
z.B. vom Typ ET 200 aus der Typen- oder Produktfamilie der Anmelderin
handeln kann. Im Austauschfall ist also zum einen aufgrund der funktionsspezifischen
Trennung der einzelnen Elemente wie auch der Verwendung von Standardkomponenten,
also von nicht einsatzspezifisch hergestellten/angepassten Komponenten
ohne weiteres ein Austausch gegen ein entsprechendes Standardteil
möglich,
nachdem es sich um solche Komponenten handelt, die sehr häufig weltweit
eingesetzt werden. Das heißt,
die Verfügbarkeit
ist auf sehr lange Sicht gewährleistet.
Im Übrigen
ist, selbst wenn für eine
Standardkomponente ein Nachfolgemodell entwickelt wird, ein Austausch
gewährleistet,
nachdem wie beschrieben die Anpassung ausschließlich softwaremäßig erfolgt,
so dass ein hardwaremäßiger Komponentenaustausch
auf einfache Weise möglich ist.
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In
entsprechender Weise ist auch das Mittel 2 zur Steuerung/Regelung
der Leistungskomponenten modul- oder einheitsmäßig aufgebaut. Es besteht im
gezeigten Ausführungsbeispiel
aus mehreren Untereinheiten 12, die jeweils der Steuerung
und Überwachung
der Leistungskomponenten 4 dienen. Bei der Komponente 3 kann
es sich beispielsweise um ein Modul zur Strom-Istwert-Erfassung handeln, während die
Leistungskomponente 4 die Transformatoren und Stromrichter
beinhaltet. Auch zwischen den Untereinheiten 12 und der
Einrichtung 5 erfolgt die Kommunikation über einen
oder mehrere Busleitungen 11.
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Auch
bei den Untereinheiten 12 handelt es sich um Standardkomponenten,
es können
hier beispielsweise Elektronikkomponenten der SIMOREG-Familie (SIMOREG
= Typenbezeichnung) der Anmelderin verwendet werden. Im Falle einer über die
Einheit 2 erfolgenden Stromkonstantregelung über Phasenanschnittsteuerung
kann beispielsweise ein Gerät "SIMOREG DC-Master" für einen
Diodenstromrichter mit Transduktorsteuerung verwendet werden, während ein
Gerät "SIMOREG CM" für einen
Thyristorstromrichter eingesetzt werden kann. Hinsichtlich der Vorteile
der Verwendung derartiger Standardkomponenten gelten obige Ausführungen gleichermaßen. Auch
hier erfolgt die Anpassung an Schaltung und Stromrichterart etc.
einzig über
die Anzahl und den Typ der eingesetzten Standardkomponenten sowie
den Parametersatz dieser Geräte, also über die
softwaremäßige Konfiguration.
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An
dieser Stelle ist abschließend
darauf hinzuweisen, dass die verwendeten Typenbezeichnungen der
Anmelderin ("SIMATIC" bzw. "SIMOREG") ausschließlich exemplarischer
Natur sind. Selbstverständlich
können
in jedem Fall auch andere Komponenten egal welchen Herstellers eingesetzt
werden, so lange sie als Standardkomponenten ausgelegt sind.