DE102005013915A1

DE102005013915A1 - Verfahrenstechnische, insbesondere mikroverfahrenstechnische Anlage

Info

Publication number: DE102005013915A1
Application number: DE102005013915A
Authority: DE
Inventors: Reiner BÜHLER; Günther Krohlas
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-03-24
Filing date: 2005-03-24
Publication date: 2006-09-28
Also published as: WO2006100296A1

Abstract

Bei einer verfahrenstechnischen Anlage mit einzelnen Hardware-Modulen, die vorgegebene verfahrenstechnische Funktionen autark voneinander ausüben, und mit einer übergeordneten Automatisierungseinrichtung, die eine Ablaufsteuerung enthält, welche sequentiell Anlagen-Sollzustände vorgibt, die durch Ausführung von Steuerbefehlen in den Hardware-Modulen erreichbar sind, ist vorgesehen, dass die Automatisierungseinrichtung (9) den jeweils aktuellen Anlagen-Sollzustand (17) an die Hardware-Module (z. B. 2) übermittelt, dass die zum Erreichen der unterschiedlichen Anlagen-Sollzustände (17) erforderlichen Steuerbefehle (19) in Speichermitteln (18) der Hardware-Module (1 bis 8) hinterlegt sind und dass die Hardware-Module (1 bis 8) die dem jeweils übermittelten Anlagen-Sollzustand (17) zugeordneten Steuerbefehle (19) ohne Beteiligung der Automatisierungseinrichtung (9) ausführen und das Erreichen des jeweiligen Anlagen-Sollzustands (17) an die Automatisierungseinrichtung (19) melden.

Description

Die Erfindung betrifft eine verfahrenstechnische Anlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige, aus der DE 103 35 122 A1 bekannte Anlage besteht aus einer Anzahl von Hardware-Modulen, wie z. B. zwei Pumpenmodulen, einem Mischermodul und einem Verweilermodul, die dazu dienen, zwei Reaktanden zu mischen und zur Reaktion zu bringen. Die Hardware-Module führen dabei voneinander autark vorgegebene verfahrenstechnische Funktionen aus, indem das eine Pumpenmodul den einen und das andere Pumpenmodul den anderen Reaktanden fördert, das Mischermodul beide Reaktanden mischt und das Verweilermodul zur Vervollständigung der Reaktion der Reaktanden dient. Zur Durchführung des technischen Verfahrens, hier der chemischen Reaktion, durchläuft die Anlage verschiedene Anlagenzustände, wie z. B. das Anfahren der Anlage, den eigentlichen Betrieb und schließlich das Abfahren der Anlage. Die hier angegebenen Anlagenzustände sind lediglich beispielhaft zu verstehen; so kann sich insbesondere bei komplexeren Anlagen eine weitaus höhere Anzahl von unterschiedlichen Anlagenzuständen ergeben, die je nach Betriebsführung zu durchlaufen sind.

Die zu durchlaufenden Anlagen-Sollzustände werden von einer Ablaufsteuerung in einer den Hardware-Modulen übergeordneten Automatisierungseinrichtung vorgegeben. Diese setzt die Anlagen-Sollzustände in Steuerbefehle um, welche über eine Kommunikationseinrichtung an die Hardware-Module weitergegeben werden. Daraus resultierende Rückmeldungen der Hardware-Module an die Automatisierungseinrichtung spiegeln den Istzustand der Hardware-Module wider. Aus allen Rückmeldungen wird in der Automatisierungseinrichtung der Istzustand der Anlage ermittelt. Die Steuerbefehle beinhalten beispielsweise im Falle des Pumpenmoduls das Einschalten der Pumpe und das Vorgeben und Regeln einer vorgegebenen Förderleistung oder eines vorgegebenen Pumpendrucks.

Ein wesentlicher Vorteil und Zweck einer modular aufgebauten Anlage ist ihre einfache und schnelle Veränderbarkeit, wozu einzelne Hardware-Module ausgetauscht, entfernt oder ergänzt werden. Nachteilig bei dem Stand der Technik ist jedoch der damit verbundene Änderungsaufwand in der Automatisierung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer modular aufgebauten verfahrenstechnischen Anlage den Änderungsaufwand in der Automatisierung im Falle einer Änderung der Anlagenkonfiguration zu minimieren.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe durch die in Anspruch 1 angegebene verfahrenstechnische Anlage gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen verfahrenstechnischen Anlage sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die zum Erreichen des jeweiligen Anlagen-Sollzustandes von den einzelnen Hardware-Modulen auszuführenden Steuerbefehle werden nicht wie beim Stand der Technik in der übergeordneten Automatisierungseinrichtung erzeugt, sondern sind in den einzelnen Hardware-Modulen abgespeichert. Die Hardware-Module erhalten von der übergeordneten Automatisierungseinrichtung lediglich den jeweils aktuellen Anlagen-Sollzustand, anhand dessen die Hardware-Module selbst die für das Erreichen des jeweiligen Anlagen-Sollzustands erforderlichen Steuerbefehle ermitteln bzw. generieren. Diese Steuerbefehle werden in den Hardware-Modulen ohne Beteiligung der Automatisierungseinrichtung abgearbeitet, wobei lediglich das Erreichen des jeweiligen Anlagen-Sollzustandes über die Kommunikationsvorrichtung an die Automatisierungseinrichtung gemeldet wird. Letzteres gilt vorzugsweise auch für Fehler- und Statusmeldungen der Hardware-Module, die im Unterschied zum Stand der Technik nicht unmittelbar an die übergeordnete Automatisierungseinrichtung gemeldet werden und dort erst zustands orientiert aufbereitet werden, sondern die bereits in den Hardware-Modulen selbst zustandsorientiert aufbereitet und erst dann an die Automatisierungseinrichtung gemeldet werden. Die Fehler- und Statusmeldungen werden vorzugsweise in Meldeklassen eingeteilt. Dadurch kann das Hardware-Modul gezielt Einfluss auf das Verhalten der Automatisierungseinrichtung nehmen, da verschiedene Meldeklassen unterschiedliche Reaktionen der Automatisierungseinrichtung hervorrufen. Beispielsweise erfolgt bei einer Meldeklasse „Warnung" lediglich eine Meldung über das Bedien- und Beobachtungssystem an den Anlagenbetreiber, während im Falle der Meldeklasse „Störung" der laufende Anlagenprozess automatisch heruntergefahren wird. Soweit einzelne Anlagen-Sollzustände in Subzustände unterteilt sind, sind bei der erfindungsgemäßen Anlage diese Subzustände in den Speichereinrichtungen der Hardware-Module enthalten und werden dementsprechend ohne Beteiligung der Automatisierungseinrichtung durch Ausführung zugehöriger Steuerbefehle erreicht.

Die wesentlichen Vorteile der erfindungsgemäßen Anlage stellen sich wie folgt dar;
Durch die Verlagerung aller konfigurationsabhängigen Automatisierungsfunktionen von der Automatisierungseinrichtung in die Hardware-Module ergibt sich

– eine größere Unabhängigkeit der Automatisierung von der Anlagenkonfiguration,
– eine Verteilung der Automatisierungsaufgaben in Verbindung mit einer Verringerung der Komplexität in der Automatisierung,
– ein verringerter Änderungsaufwand in der Automatisierung bei einer Umprojektierung der Anlage,
– eine geringere Belastung der Kommunikationsverbindung zwischen den Hardware-Modulen und der Automatisierungseinrichtung,
– eine Reduzierung von Projektierungsfehlern und
– eine Kostenminimierung bei der Projektierung der Anlage.

Dadurch, dass die zum Erreichen unterschiedlicher Anlagen-Sollzustände erforderlichen Steuerbefehle in Speichermitteln der Hardware-Module hinterlegt sind, wird erreicht,

– dass Änderungen an einem Modul oder der Wechsel eines Moduls ohne Rückwirkungen auf die Automatisierungseinrichtung und andere Module sind,
– dass Änderungen am Verhalten eines Moduls keine Programmierung, sondern lediglich eine Projektierung erfordern und
– dass die Kosten bei Projektierungsänderungen minimal sind.

Dadurch, dass Fehler- und Statusmeldungen bereits in den Hardware-Modulen zustandsorientiert aufbereitet und an die Automatisierungseinrichtung gemeldet werden, wird Folgendes erreicht:

– Änderungen an einem Hardware-Modul oder der Wechsel eines Hardware-Moduls sind ohne Rückwirkungen auf die Automatisierung und andere Hardware-Module,
– eine Vereinfachung der Anlagensteuerung in der Automatisierung und
– eine Kostenminimierung bei der Projektierung der Anlage.

Zur Erläuterung der Erfindung wird im Folgenden auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen; im Einzelnen zeigen:

1 ein Beispiel für das modulare Konzept einer mikroverfahrenstechnischen Anlage, bestehend aus Hardware-Modulen und einer Automatisierungseinrichtung und

2 ein Beispiel für die verteilte Automatisierung zwischen den Hardware-Modulen und der Automatisierungseinrichtung.

1 zeigt ein sehr vereinfachtes Beispiel für eine mikroverfahrenstechnische Anlage mit mehreren Hardware-Modulen 1 bis 8, die voneinander autark vorgegebene verfahrenstechnische Funktionen ausüben, und mit einer übergeordneten Automatisierungseinrichtung 9, die zusammen mit einer Bedien- und Beobachtungseinrichtung 10 über eine Kommunikationsverbindung 11, hier einen Kommunikationsbus, mit den Modulen 1 bis 8 verbunden ist. Die zur Verarbeitung von Fluiden ausgebildeten Module 1 bis 8 sind bedarfsgemäß aneinandergereiht und dabei untereinander fluidisch verbunden. Bei dem Modul 1 handelt es sich um ein Verteilermodul mit hier nicht im Einzelnen gezeigten steuerbaren Ventilen zur gesteuerten Einleitung von zwei Edukten (Reaktanden) 12 und 13 in die Anlage und zum Einleiten eines Spülfluids 14 in die Anlage. Dem Verteilermodul 1 sind zwei Pumpenmodule 2 und 3 und zwei Durchflussmessmodule 4 und 5 nachgeordnet, die dazu dienen, die zwei Edukte 12 und 13 durch separate Fluidwege zu fördern und dabei den Durchfluss zu erfassen und mittels der Pumpen in den Pumpenmodulen 2 und 3 zu regeln. In einem temperierbaren Reaktormodul 6 werden die Edukte 12 und 13 zur Reaktion gebracht, welche in einem nachfolgenden Verweilermodul 7 vervollständigt wird. Das erhaltene Produkt 15 wird schließlich über ein Ausgangsmodul 8 ausgegeben. Das erwähnte Spülfluid 14 kann an dem Ausgangsmodul 8 zum Spülen der Anlage aus dieser ausgeleitet werden.

Wie 2 zeigt, enthält die Automatisierungseinrichtung 9 eine Ablaufsteuerung 16, die die verschiedenen Anlagenzustände 17 enthält, die bei der Durchführung des technischen Verfahrens, aber auch bei Störungen durchlaufen werden. Beim sequentiellen Aufrufen der Anlagenzustände 17 werden diese als Anlagen-Sollzustände an die einzelnen Module 1 bis 8, hier z. B. das Modul 2, übermittelt. Die Module 1 bis 8 enthalten jeweils Speichermittel 18, in denen zum Erreichen der unterschiedlichen Anlagen-Sollzustände 17 in dem jeweiligen Modul 2 auszuführende Steuerbefehle 19 hinterlegt sind. Mit diesen Steuerbefehlen werden innerhalb des Moduls 2 Einzelfunktionen 20 ausgeübt, z. B. Stellglieder und Aktoren betätigt und/oder Schaltstellungen und Messwerte abgefragt. Solche Einzelfunktionen sind beispielsweise das Ein- oder Ausschalten des Pumpenmotors, das Erfassen des Motorstroms oder der Motordrehzahl usw. Die Steuerbefehle 19 werden dabei ohne Beteiligung der Automatisierungseinrichtung 9 abgearbeitet. Erst das Erreichen 21 des jeweiligen Anlagen-Sollzustands nach Ausführung der Steuerbefehle 19 wird an die Automatisierungseinrichtung 9 gemeldet. Dasselbe gilt für Fehler- und Statusmeldungen 22, die in den Modulen 1 bis 8 zustandsorientiert aufbereitet und erst dann an die Automatisierungseinrichtung 9 gemeldet werden. Das heißt, dass die Automatisierungseinrichtung 9 von den Modulen 1 bis 8 nur für den jeweiligen Anlagenzustand 17 relevante und bezüglich des Informationsgehalts entsprechend aufbereitete Informationen erhält. Während Fehler 22 an die Automatisierungseinrichtung 9 gemeldet werden, können Warnungen 23 lediglich an die Bedien- und Beobachtungseinrichtung 10 ausgegeben werden.

Claims

Verfahrenstechnische, insbesondere mikroverfahrenstechnische Anlage, bestehend aus einzelnen Hardware-Modulen (1 bis 8), die vorgegebene verfahrenstechnische Funktionen autark voneinander ausüben, und einer übergeordneten Automatisierungseinrichtung (9), die über eine Kommunikationsverbindung (11) mit den einzelnen Modulen (1 bis 8) verbunden ist und eine Ablaufsteuerung (16) enthält, welche sequentiell Anlagen-Sollzustände (17) vorgibt, die durch Ausführung von Steuerbefehlen (19) in den Hardware-Modulen (1 bis 8) erreichbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Automatisierungseinrichtung (9) dazu ausgebildet ist, den jeweils aktuellen Anlagen-Sollzustand (17) über die Kommunikationsverbindung (11) an die Hardware-Module (1 bis 8) zu übermitteln, dass die Hardware-Module (1 bis 8) Speichermittel (18) enthalten, in denen die zum Erreichen der unterschiedlichen Anlagen-Sollzustände (17) erforderlichen Steuerbefehle (19) hinterlegt sind, und dass die Hardware-Module (1 bis 8) dazu ausgebildet sind, die dem jeweils übermittelten Anlagen-Sollzustand (17) zugeordneten Steuerbefehle (19) ohne Beteiligung der Automatisierungseinrichtung (9) auszuführen und das Erreichen des jeweiligen Anlagen-Sollzustands (17) über die Kommunikationsverbindung (11) an die Automatisierungseinrichtung (9) zu melden.
Verfahrenstechnische Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Untergliederung der Anlagen-Sollzustände (19) in Subzustände diese Subzustände in den Speichermitteln (18) der Hardware-Module (1 bis 8) enthalten sind und ohne Beteiligung der Automatisierungseinrichtung (9) durch Ausführen zugehöriger Steuerbefehle (19) erreichbar sind.
Verfahrenstechnische Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hardware-Module (1 bis 8) dazu ausgebildet sind, Fehler- und Statusmeldungen (22) zustandsorientiert aufzubereiten und die aufbereiteten Fehler- und Statusmeldungen (22) an die Automatisierungseinrichtung (9) zu melden.
Verfahrenstechnische Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hardware-Module (1 bis 8) dazu ausgebildet sind, die Fehler- und Statusmeldungen (22) in Meldeklassen einzuteilen, welche unterschiedliche vorgegebene Reaktionen der Automatisierungseinrichtung (9) hervorrufen.