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Die
Erfindung betrifft eine mikroverfahrenstechnische Anlage und ein
Verfahren zum Steuern derselben. Insbesondere betrifft die Erfindung
eine mikroverfahrenstechnische Anlage und ein Verfahren zum Steuern
der mikroverfahrenstechnischen Anlage während des Anfahrens und Abfahrens.
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Mikroverfahrenstechnische
Anlagen, wie in der Automatisierung eingesetzt, sind modular aufgebaut.
Die einzelnen Module arbeiten mit der dazugehörigen Peripherie weitgehend
autark voneinander fest definierte Verfahrenschritte ab. Dabei steuert eine übergeordnete
Steuerung die einzelnen Module.
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In
mikroverfahrenstechnischen Anlagen müssen abhängig von dem zu produzierenden
Produkt verschiedene An- und Abfahrstrategien durchfahren werden.
So muss beispielsweise bei der Herstellung von Salben zunächst eine
gewisse Temperatur eingestellt werden, damit die Salbenemulsion überhaupt
fließen
kann. Bei anderen Produkten muss bei den entsprechenden Modulen
zuerst ein gewisser Anlagendruck aufgebaut werden, damit überhaupt
eine Reaktion der Ausgangsstoffe stattfinden kann. Die für die unterschiedlichen
Produkte notwendigen verschiedenen An- und Abfahrstrategien der
mikroverfahrenstechnischen Anlage und damit die Steuerung der einzelnen
Module während
solcher sequentiell ablaufender Betriebsarten erfolgt in aller Regel
durch einen Anlagenfahrer. Dieser wird beispielsweise beim Anfahren
zuerst nur bestimmte Module manuell ansteuern, um die Voraussetzung, zum
Beispiel, dass eine gewisse Temperatur der Salbe erreicht ist, für den späteren Produktionsbetrieb einzustellen.
Erst danach wird er die restlichen Module der Anlage ansteuern,
das heißt
die Anlage für
den Produktionsbetrieb anfahren. Je nach den, durch das herzustellende
Produkt bestimmte, Randbedingungen zum Anfahren der Anlage wird
dafür der
manuelle Aufwand entsprechend hoch sein. Alternativ könnte je
nach dem herzustellenden Produkt die Anlage auch entsprechend umprojektiert
werden. Beide Varianten sind aber aufwändig und kostenintensiv.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine mikroverfahrenstechnische
Anlage und ein Verfahren zum Steuern derselben bereitzustellen,
die in einfachster Weise einen automatisierten sequentiellen Betrieb,
insbesondere während
des An- und Abfahrens, erlaubt.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch eine mikroverfahrenstechnische Anlage nach Anspruch 1, sowie
ein Verfahren zum Steuern der mikroverfahrenstechnische Anlage nach
Anspruch 5.
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Das
Wesentliche der Erfindung ist, dass für sequentiell ablaufende Betriebarten
der mikroverfahrenstechnischen Anlage, diejenigen Module, die besonderen
Bedingungen unterliegen, zu Gruppen zusammengefasst werden und für diese
Gruppen untereinander eine Ordnungsrelation festgelegt wird. Die
einzelnen Gruppen, und damit die zugeordneten Module, werden dann
während
der sequentiell ablaufenden Betriebsarten, wie beispielsweise dem
Anfahren oder Abfahren, automatisch in der durch die Ordnungsrelation
bestimmten Reihenfolge nacheinander angesteuert. Damit kann ein
manuelles Steuern der Module auch während sequentiell ablaufender
Betriebsarten entfallen. Zudem ist nun auch das Verhalten der Anlage
in solchen sequentiell ablaufenden Betriebsarten reproduzierbar,
da die einzelnen Module immer nach demselben Schema angesteuert werden
und nicht durch den Anlagenfahrer bestimmt ist.
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Vorzugsweise
ist einer Gruppe von Modulen ein Datenbaustein zugeordnet, der die
Informationen über
die Kennung der, der Gruppe zugeteilten, Module enthält. Die
Kennung eines Moduls kann dabei beispielsweise der, während der
Projektierung vorgenommenen Parametrierung oder Adressierung der Module
entsprechen. Zudem ist im Datenbaustein der Kennung eines Moduls noch
eine Information darüber
zugeordnet, ob sich das entsprechende Modul in einem Anfangszustand,
das heißt
vor oder in dem sequentiell durchzuführenden Verfahrensschritt, oder
einem stationären
Endzustand, nach durchgeführtem
sequentiellen Verfahrensschritt, befindet. Damit kann eine Ablaufsteuerung
in einfachster Art und Weise diese in den Datenbausteinen enthaltenen
Informationen überprüfen und
entsprechend die nächste
Gruppe von Modulen ansteuern, wenn sich die Module der vorhergehenden
Gruppe im stationären
Endzustand befinden. Die Reihenfolge, in der die einzelnen Module
die entsprechenden sequentiellen Verfahrenschritte, beispielsweise
während
des An- bzw. Abfahrens der Anlage, durchführen, ist somit vollständig bestimmt
durch die in den Datenbausteinen enthaltenen Informationen über die
Kennung der einer Gruppe zugeordneten Module und die Information über deren
Zustand. Natürlich
können
die den Gruppen zugeordneten Datenbausteine auch zu einem einzigen
Datenbaustein zusammengefasst sein. Dieser ist dann in einzelne
Teildatenbausteine aufgeteilt, wobei jeder Teildatenbaustein einer
Gruppe von Modulen zugeordnet ist. Diese Teildatenbausteine entsprechen
exakt den zuvor beschriebenen Datenbausteinen, so dass hier dann
die Ablaufsteuerung die Informationen in einem einer Gruppe zugeordneten
Teildatenbaustein überprüft und die
nächste Gruppe
dann ansteuert, wenn sich die Module der vorherigen Gruppe im Endzustand
befinden.
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Die
in den Datenbausteinen enthaltenen Informationen über die
Kennung und damit der Zugehörigkeit
der Module zu einer der Gruppen ist auf einfachste Weise über die
vorhandene Bedienoberfläche
der mikroverfahrenstechnischen Anlage vom Anlagenfahrer eingebbar.
Damit kann auch die aufwändigere
Umprojektierung der Anlage zum Anpassen der Module an das herzustellende
Produkt und die dadurch bestimmten sequentielle Verfahrensschritte entfallen.
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Die
Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungen derselben werden im
weiteren anhand der nachfolgenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
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1 das modulare Konzept einer
mikroverfahrenstechnischen Anlage,
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2 das Zusammenwirken von
Steuerung und der in Gruppen zusammengefassten Modulen während des
Anfahrens.
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1 zeigt beispielhaft eine
Auswahl von Modulen einer mikroverfahrenstechnische Anlage. Das
hier gezeigte erste und zweite Pumpenmodul, das Mischermodul und
das Verweilmodul arbeitet weitgehend autark mit ihrer zugehörigen Peripherie die
einzelnen Verfahrensschritte ab. Alle zusammen werden über die übergeordnete
Steuerung entsprechend gesteuert. Einzelne Module werden dabei auch
ihren aktuellen Zustand oder auch ermittelte Messgrößen an die
Steuerung zurückmelden.
Auf die allgemein bekannten Prinzipien und Wirkungsweisen der Regelung
und Steuerung der Module im Produktionsbetrieb der mikroverfahrenstechnischen
Anlage soll hier aber nicht weiter eingegangen werden. Die vorliegende
Erfindung befasst sich vielmehr mit den sequentiell durchzuführenden
Verfahrensschritten, insbesondere während des Anlaufs oder des
Abfahrens der Anlage. So kann es, wie eingangs bereits beschrieben,
für die
Herstellung eines Produktes notwendig sein, dass im ersten Pumpenmodul
zuerst ein gewisser Druck aufgebaut werden muss, bevor mit dem projektierten
automatisierten Produktionsbetrieb begonnen werden kann. Zudem kann
es notwendig sein, für
das Mischermodul eine bestimmte Aufwärmphase zuzulassen, damit eine
Betriebstemperatur erreicht wird. Andere Module wie das zweite Pumpenmodul
oder das Verweilmodul brauchen keinen solchen Vorlauf und können kurz
vor Produktionsbeginn zugeschaltet werden. Andererseits kann es
bei der Herstellung eines anderen Produktes auf der gleichen Anlage
notwendig sein, dass beispielsweise nur das zweite Pumpenmodul beim
Anfahren eine Vorlaufzeit benötigt.
Um solchen unter schiedlichen Randbedingungen bei der Produktion
der verschiedenen Produkte gerecht zu werden, war es bisher erforderlich,
dass entweder der Anlagefahrer beim An- und auch Abfahren der Anlage
entsprechend manuell einzelne Module bedienen musste oder dass die Anlage
entsprechend aufwändig
umprojektiert werden musste.
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Diese
beiden aufwändigen
und kostenintensive Varianten können
dadurch entfallen, dass gemäß der vorliegenden
Erfindung, Module zu Gruppen zusammengefasst werden und für diese
Gruppen untereinander eine Ordnungsrelation festgelegt wird und
diese Ordnungsrelation die Reihenfolge bestimmt, in der die Gruppen
und damit die zugeteilten Module angesteuert bzw. angefahren werden.
So werden, wie in 2 gezeigt,
für die
Produktion des einen Produktes, der ersten Gruppe das erste Pumpenmodul
sowie das Mischermodul zugeteilt. Der zweiten Gruppe wird das zweite
Pumpenmodul und das Verweilmodul zugeteilt. Die für die Produktion des
Produktes notwendige Anfahrstrategie der Module der Anlage kann
dann dadurch erreicht werden, dass zuerst die Module der ersten
Gruppe angesteuert werden, deren Zustände überprüft werden und sobald alle Module
der ersten Gruppe einen stationären Endzustand
erreicht haben, die Module der nächste Gruppe
angesteuert werden.
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Vorzugsweise
werden die Module dabei den einzelnen Gruppen zugeteilt, indem die
Informationen über
ihre Kennung in einem Datenbaustein zusammengefasst werden. Wie
in 2 gezeigt, enthält beispielsweise
der, der ersten Gruppe zugeordnete erste Datenbaustein als Kennungen
die Parameter der Module. Diese sind vorzugsweise die den Modulen
während
der Projektierung der Anlage zugeordneten Parameter oder auch Adressen.
So ist beispielsweise dem ersten Pumpenmodul der Parameter 83 und
dem Mischermodul der Parameter 85 zugeordnet. Die Zuteilung
kann beispielsweise über die
vorhandene Bedienoberfläche
der mikroverfahrenstechnischen Anlage erfolgen. Da diese Bedienoberfläche gleichzeitig
auch zur Projektierung der Anlage dient, kann es ausreichen, dass
der Anlagenfahrer auf der Be dienoberfläche einzelnen Gruppen entsprechende
Module zuteilt. Die auf diese Weise vorgenommene Zuteilung kann
nun mit den während
der Projektierung zugeordneten Parametern automatisch zusammengefasst
werden und im Datenbaustein abgelegt werden. Beim Anfahren der Anlage
werden dann die Informationen in den Datenbausteinen benutzt, um
die Anlage sequentiell anzufahren. Je nach herzustellendem Produkt
muss der Anlagenfahrer nun nur noch die entsprechenden Gruppen zusammenstellen
oder auch auf bereits erstellte und in Form von Datenbausteinen
abgespeicherte Gruppen zurückgreifen.
Dabei können
die den einzelnen Gruppen zugeordneten Datenbausteine auch Teildatenbausteine
eines einzigen gemeinsamen Datenbausteines sein. Dieser in 2 als gestrichelte Linie angedeutete
gemeinsame Datenbaustein enthält dann
die den einzelnen Gruppen zugeordneten Teildatenbausteine, die entsprechend
der festgelegten Ordnungsrelation nacheinander angesteuert werden. Damit
ist die vorliegende Erfindung geeignet, die mikroverfahrenstechnische
Anlage auf einfachste Art an jede andere sequentiell ablaufende
Betriebsart, wie produktabhängige
Anfahr- bzw. Abfahrstrategien, anzupassen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
soll nun noch anhand des in 2 gezeigten
Beispiels der Ablaufsteuerung zum Anfahren der Anlage näher beschrieben
werden. Nachdem die Ablaufsteuerung gestartet ist, werden die Module
der ersten Gruppe angefahren. Diese Module führen dann selbstständig die
notwendigen Maßnahmen
durch, um in einen stationären
Endzustand für
den späteren
Produktionsbetrieb zu gelangen. Dabei überwachen sich die autarken
Module selbst, inwieweit der stationäre Endzustand erreicht ist.
Sobald alle Module der ersten Gruppe diesen Zustand erreicht haben,
wird die übergeordnete
Steuerung die Module der zweiten Gruppe anfahren. Entsprechend werden
im weiteren Verlauf die Module der nächsten Gruppe angefahren und
so fort. In Bezug auf die Module der ersten Gruppe wird nun noch
auf das vorteilhafte Zusammenwirken der Ablaufsteuerung, der autarken
Module und der Datenbausteine eingegangen. Sobald die Steuerung
die Module der ersten Grup pe anfährt,
vergleichen die Module ihre eigene Kennung mit der im entsprechenden
Datenbaustein oder Teildatenbaustein eingetragenen Kennung. Bei Übereinstimmung
setzt jedes Modul eine seinen Zustand kennzeichnende Information
im Datenbaustein beispielsweise auf 0 × FF, was einen Anfangszustand
kennzeichnet. Nachdem das Modul angefahren ist, das heißt, wenn
zum Beispiel die Aufwärmphase
abgeschlossen ist, wird die entsprechende Zustandsinformation im
Datenbaustein bzw. Teildatenbaustein auf beispielsweise den Wert
0 × 00
gesetzt. Dieser Wert kennzeichnet dann einen stationären Endzustand
des entsprechenden Moduls. Entsprechend wird mit allen Modulen der
ersten Gruppe verfahren. Die stationären Endzustände werden der Steuerung mitgeteilt.
Ist für
alle Module der Gruppe ein stationärer Endzustand erreicht, wird dann
entsprechend mit den anderen Modulen aus den nachfolgenden Gruppen
verfahren.
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Die
anhand des vorliegenden Beispiels beschriebene Erfindung ist nicht
auf die beschriebenen Abläufe
und Zusammenhänge
beschränkt.
Vielmehr sollen mit der vorliegenden Erfindung auch weitere Ausführungen
und Abläufe
umfasst sein, solange sichergestellt ist, dass Module zu Gruppen
zusammengefasst und die Gruppen untereinander eine Ordnungsrelation
besitzen, die eine zeitliche Reihenfolge bestimmen. Zudem ist die
vorliegende Erfindung nicht beschränkt auf die beschriebene Unterteilung
in zwei Gruppen. Je nach Komplexität der mikroverfahrenstechnischen
Anlage und der Komplexität
der sequentiell ablaufenden Verfahrenschritte können beliebig viele Gruppen
gebildet werden. Die am Beispiel von Datenbausteinen beschriebene
Zuordnung der Module zu Gruppen kann auch auf jede andere Art und
Weise erfolgen, die es erlaubt, eine Zusammenfassung der Module
und der Informationen über
deren Kennungen und Zustände
herzustellen und diese Zusammenhänge
während
sequentiell ablaufender Betriebszustände abzufragen. Zusätzlich kann
der Datenbaustein auch weitere Informationen darüber enthalten, inwieweit die
einer Gruppe zugeteilten Module untereinander in einer zeitlichen
Reihenfolge anzufahren sind.
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Auch
können
im Datenbaustein selbst die Informationen über die Zustände aufsummiert
werden und nur dieser Summenwert von der Steuerung abgefragt werden.
Erst wenn der Summenwert einen bestimmten Wert erreicht hat, der
einem Zustand entspricht, bei dem alle zugeteilten Module einen
stationären
Endzustand erreicht haben, wird die Steuerung mit dem Anfahren der
Module der nächsten Gruppe
beginnen. Letztendlich ist die beschriebene Bedienoberfläche auch
nur eine Möglichkeit,
die es einem Anlagefahrer erlaubt, die Module der mikroverfahrenstechnischen
Anlage verschiedenen Gruppen zuzuteilen.