DE102011090177A1

DE102011090177A1 - Metallbearbeitungsanlage, insbesondere Walzwerk

Info

Publication number: DE102011090177A1
Application number: DE102011090177A
Authority: DE
Inventors: Achim Koch; Alfred Eugen Metzul
Original assignee: SMS Siemag AG
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2011-06-24
Filing date: 2011-12-30
Publication date: 2012-12-27
Also published as: WO2012175361A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Metallbearbeitungsanlage (1), insbesondere ein Walzwerk, umfassend mindestens ein Walzgerüst (2), wobei jedes Walzgerüst (2) mindestens einen Antrieb (3) und/oder mindestens einen Aktuator (4) und/oder mindestens einen Sensor (5) umfasst, wobei die Metallbearbeitungsanlage (1) eine Einrichtung zum automatischen Betrieb aufweist, wobei die Einrichtung zum automatischen Betrieb mindestens ein Automatisierungssystem (6) aufweist und wobei zwischen dem mindestens einen Automatisierungssystem (6) und dem mindestens einen Antrieb (3) und/oder mindestens einen Aktuator (4) und/oder mindestens einen Sensor (5) eine Datenübertragungsleitung (7) angeordnet ist. Um bei der Automatisierung der Metallbearbeitungsanlage die Komplexität des Systems zu reduzieren, sieht die Erfindung vor, dass die Datenübertragungsleitung (7) ein Feldbus ist, der durch ein echtzeitfähiges Ethernet gebildet wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Metallbearbeitungsanlage, insbesondere ein Walzwerk, umfassend mindestens ein Walzgerüst, wobei jedes Walzgerüst mindestens einen Antrieb und/oder mindestens einen Aktuator und/oder mindestens einen Sensor umfasst, wobei die Metallbearbeitungsanlage eine Einrichtung zum automatischen Betrieb aufweist, wobei die Einrichtung zum automatischen Betrieb mindestens ein Automatisierungssystem aufweist und wobei zwischen dem mindestens einen Automatisierungssystem und dem mindestens einen Antrieb und/oder mindestens einen Aktuator und/oder mindestens einen Sensor eine Datenübertragungsleitung angeordnet ist.
Bei Metallbearbeitungsanlage, insbesondere bei Walzwerken, dieser Art ist es bekannt, in einem Schalthaus eine zentrale Steuerung vorzusehen, über die das Walzwerk automatisch betrieben werden kann. Hiermit liegt ein zentral gesteuertes System vor, über das die Betätigung aller Elemente (Antriebe, Aktuatoren, Datenerfassung über Sensoren) erfolgt. Zwischen dem zentralen Steuerungsrechner und den einzelnen Walzgerüsten ist hierfür ein Datenbus vorhanden.
In nachteiliger Weise hat dies eine relativ hohe Komplexität des Gesamtsystems zur Folge, um einen automatischen Betrieb zu ermöglichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Automatisierung einer gattungsgemäßen Metallbearbeitungsanlage zu ermöglichen, wobei die Komplexität des Systems reduziert wird.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Datenübertragungsleitung zwischen dem Automatisierungssystem und den Antrieben, Aktuatoren bzw. Sensoren der Walzgerüste ein Feldbus ist, der durch ein echtzeitfähiges Ethernet gebildet wird.
Das echtzeitfähige Ethernet fungiert hierbei bevorzugt als Hochgeschwindigkeits-Feldbus.
Die Metallbearbeitungsanlage weist in der Regel eine Mehrzahl von Walzgerüsten auf. Sie kann ein Kaltwalzwerk sein.
Gemäß einer speziellen Konzeption der Erfindung steht eine oder mehrere Central Processing Units (CPU) des Automatisierungssystems mit dem echtzeitfähigen Ethernet als Feldbus in Verbindung steht.
Das Automatisierungssystem kann eine Mensch-Maschine-Schnittstelle aufweisen.
Das Automatisierungssystem kann weiterhin ein technologisches Regelungssystem aufweisen oder mit einem solchen in Verbindung stehen.
Jedem Walzgerüst kann ein Kommunikationssystem zugeordnet sein, das mit dem Walzgerüst und dem echtzeitfähigen Ethernet in Verbindung steht. Ferner kann jedem Walzgerüst ein Regelungssystem zugeordnet sein, das mit dem Walzgerüst und dem echtzeitfähigen Ethernet in Verbindung steht. Schließlich kann jedem Walzgerüst ein Antriebssystem zugeordnet sein, das mit dem Walzgerüst und dem echtzeitfähigen Ethernet in Verbindung steht.
Zu der hier verwendeten Nomenklatur sei folgendes angemerkt:
Erfindungsgemäß wird ein echtzeitfähiges Ethernet (Echtzeit-Ethernet) zur Kommunikation eingesetzt. Dieses stellt bevorzugt ein Feldbus-System dar. Hiermit kann erreicht werden, ein einziges Rechnernetz von der Leitebene des Walzwerks bis hin zu den Feldgeräten (Antriebe, Aktuatoren, Sensoren eines Walzgerüsts) zu schaffen. Wesentlich dabei ist, dass die Anforderungen hinsichtlich der Arbeitsgeschwindigkeit erfüllt werden (zumeist isochrone Zykluszeiten von weniger als 1 ms). Damit wird erreicht, dass die Synchronität der Walzwerks-Anlagenteile über isochrone Datenrahmen im echtzeitfähigen Netzwerk sichergestellt wird.
Beim Ethernet handelt es sich um eine Technologie, die den Datenaustausch in Form von Datenpaketen zwischen den angeschlossenen Geräten ermöglicht.
Erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass die Datenübertragungsleitung ein Feldbus ist, der durch ein echtzeitfähiges Ethernet gebildet wird. Bei einem Feldbus handelt es sich üblicherweise um einen Standard für die Geräte-Kommunikation in der Automatisierungstechnik (insbesondere um einen Profibus (Process Field Bus)). Der Feldbus verbindet im Walzwerk Feldgeräte wie Antriebe, Aktuatoren und Sensoren mit dem Automatisierungssystem (zentral angeordneten Computer).
Die vorgeschlagene Struktur einer Regelungsanordnung erlaubt also einen automatischen Betrieb einer Metallbearbeitungsmaschine, insbesondere einer Metallbearbeitungsstraße.
Durch den Einsatz von Echtzeit-Ethernet basierten Feldbussen im Bereich der Walzwerksautomatisierung können bisher nicht mögliche, flache Automatisierungsstrukturen sowohl im Bereich der Hardware (das heißt zum Beispiel betreffend Aktuatoren, Sensoren und Automatisierungsgeräte) – gegebenenfalls verteilt auf unterschiedliche Anlagenteile – als auch im Bereich der Automatisierungs- Software realisiert werden.
Damit ist es in vorteilhafter Weise möglich, die Komplexität der klassischen, zentralen Mehrprozessorsysteme aufzubrechen und wesentlich zu reduzieren.
Somit lässt sich eine gesamte Automatisierung beispielsweise eines Walzwerkes auf eine Minimalzahl an Automatisierungssystemen und die notwendigen dezentralen Ein- bzw. Ausgaben reduzieren.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Walzgerüsts, das mit einem Automatisierungssystem in Form eines zentral angeordneten Computers über eine Datenübertragungsleitung in Form eines echtzeitfähigen Ethernets in Verbindung steht, und
2 eine schematische Darstellung eines Walzwerks mit einer Anzahl Walzgerüsten gemäß 1.
In 1 ist die Hardware eines Automatisierungs-Systems eines Walzwerks skizziert. Im oberen Bereich der Figur ist ein Schalthaus 14 vorgesehen, im unteren Bereich der Figur befindet sich das Feld 15. Im Schalthaus 14 ist ein Automatisierungssystem 6 vorgesehen, der mindestens eine Central Processing Unit (CPU) 8 aufweist. Im Feld 15 sind die einzelnen Walzgerüste 2 angeordnet, von denen in 1 nur eines angedeutet ist.
Ein Walzgerüst 2 umfasst im Ausführungsbeispiel (mindestens) einen Antrieb 3, (mindestens) einen Aktuator 4 und (mindestens) einen Sensor 5. Der Aktuator 4 kann vorliegend noch unterteilt werden in ein Ventil 4‘ und einen Zylinder 4’’.
Wesentlich ist, dass die Kommunikation zwischen dem Automatisierungssystem 6 und dem bzw. jedem Walzgerüst 2 über eine Datenübertragungsleitung 7 erfolgt, die als echtzeitfähiges Ethernet ausgebildet ist.
Die vorgeschlagene Architektur zeichnet sich durch ein Mehrkern-CPU-System 8 aus, das über ein Echtzeit-Ethernet 7 – fungierend als Hochgeschwindigkeits- Feldbus – mit den Walzgerüsten 2 verbunden ist. Vorteilhafter Weise befindet sich lediglich die Stromversorgung und die benötigten Netzwerke im Feld 15.
Eine konkretere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Walzwerks 1 zwecks dessen Automatisierung ist in 2 zu sehen. Hier ist zunächst zu sehen, dass in einem Schalthaus 14 oder auch dezentral Automatisierungssysteme (zentral angeordneter Computer) 6 vorgesehen ist. Im Feld 15 sind die einzelnen Walzgerüste 2 vorgesehen, die über eine Datenübertragungsleitung 7 in Form des echtzeitfähigen Ethernets mit dem Automatisierungssystem 6 in Verbindung stehen.
Das Automatisierungssystem 6 umfasst vorliegend eine Mensch-Maschine-Schnittstelle 9 sowie ein technologisches Regelsystem 10, das technologische Rahmendaten zum automatischen Betrieb des Walzwerks 1 vorgibt. Die Mensch-Maschine-Schnittstelle 9 ist vorliegend als üblicher PC ausgebildet.
Nahe am Feld 15 ist ein Automatisierungssystem 11 vorgesehen, das mit dem echtzeitfähigen Ethernet 7 verbunden ist. Die Verbindung zwischen dem Automatisierungssystem 11 und den einzelnen Walzgerüsten 2 erfolgt über einen weiteren Abschnitt des echtzeitfähigen Ethernets 7, der mit 7‘ markiert ist.
Diese Art der Einbindung des Kommunikationssystems 11 gilt analog für ein Regelungssystem 12 und ein Antriebssystem 13, die in derselben Weise zwischen dem Automatisierungssystem 6 und den einzelnen Walzgerüsten 2 angeordnet sind.
Eine Messdatenerfassung 16 ist gleichermaßen in das System eingebunden. Diese steht ebenfalls mit dem echtzeitfähigen Ethernet 7 in Verbindung. Das Kommunikationssystem 11, das Regelungssystem 12 und das Antriebssystem 13 sind über eine Speicherkopplung 17 ebenfalls mit der Messdatenerfassung 16 verbunden.
Das Kommunikationssystem 11, das Regelungssystem 12 und das Antriebssystem 13 können des weiteren über einen Profibus 18 verfügen.
Bezugszeichenliste

1: Metallbearbeitungsanlage (Walzwerk)
2: Walzgerüst
3: Antrieb
4: Aktuator
4‘: Ventil
4‘‘: Zylinder
5: Sensor
6: Automatisierungssystem (zentral angeordneter Computer)
7: Datenübertragungsleitung (echtzeitfähiges Ethernet)
7‘: Abschnitt des echtzeitfähigen Ethernets
8: Central Processing Unit (CPU)
9: Mensch-Maschine-Schnittstelle
10: technologisches Regelungssystem
11: Automatisierungssystem (Kommunikationssystem)
12: Regelungssystem
13: Antriebssystem
14: Schalthaus
15: Feld
16: Messdatenerfassung
17: Speicherkopplung
18: Profibus

Claims

Metallbearbeitungsanlage (1), insbesondere Walzwerk (1), umfassend mindestens ein Walzgerüst (2), wobei jedes Walzgerüst (2) mindestens einen Antrieb (3) und/oder mindestens einen Aktuator (4) und/oder mindestens einen Sensor (5) umfasst, wobei die Metallbearbeitungsanlage (1) eine Einrichtung zum automatischen Betrieb aufweist, wobei die Einrichtung zum automatischen Betrieb mindestens ein Automatisierungssystem (6) aufweist und wobei zwischen dem mindestens einen Automatisierungssystem (6) und dem mindestens einen Antrieb (3) und/oder mindestens einen Aktuator (4) und/oder mindestens einen Sensor (5) eine Datenübertragungsleitung (7) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenübertragungsleitung (7) ein Feldbus ist, der durch ein echtzeitfähiges Ethernet gebildet wird.
Metallbearbeitungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das echtzeitfähige Ethernet (7) als Hochgeschwindigkeits-Feldbus fungiert.
Metallbearbeitungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Mehrzahl von Walzgerüsten (2) aufweist.
Metallbearbeitungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Kaltwalzwerk ist.
Metallbearbeitungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Central Processing Unit (CPU) (8) des Automatisierungssystem (6) mit dem echtzeitfähigen Ethernet (7) in Verbindung steht.
Metallbearbeitungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Automatisierungssystem (6) eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (9) aufweist.
Metallbearbeitungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Automatisierungssystem (6) ein technologisches Regelungssystem (10) aufweist oder mit einem solchen in Verbindung steht.
Metallbearbeitungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Walzgerüst (2) ein Kommunikationssystem (11) zugeordnet ist, das mit dem Walzgerüst (2) und dem echtzeitfähigen Ethernet (7) in Verbindung steht.
Metallbearbeitungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Walzgerüst (2) ein Regelungssystem (12) zugeordnet ist, das mit dem Walzgerüst (2) und dem echtzeitfähigen Ethernet (7) in Verbindung steht.
Metallbearbeitungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Walzgerüst ein Antriebssystem (13) zugeordnet ist, das mit dem Walzgerüst (2) und dem echtzeitfähigen Ethernet (7) in Verbindung steht.