DE19826169A1 - Elektronische Steuerung für Anlagen der Druckluft- und Vakuumerzeugung - Google Patents

Elektronische Steuerung für Anlagen der Druckluft- und Vakuumerzeugung

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektronische Steuerung für Aggregate der Druckluft- oder Vakuumerzeugung, mit programmierbaren elektronischen Schaltkreisen für die Steuerung, Regelung und Überwachung der technischen Funktion von solchen Aggregaten, insbesondere der Funktionen des Drucklufterzeugers oder Vakuumpumpe und der zugehörigen Antriebe sowie der Druckluftaufbereitung. Zur Schaffung einer Steuerung, die trotz der Typenvielfalt der verschiedenen Aggregate und der unterschiedlichen Einsatzbedingungen eine einfache Konstruktion (Design), Fertigung, Montage, Inbetriebnahme, Wartung, Fehlersuche und Reparatur zuläßt, schlägt die Erfindung vor, daß die elektronische Steuerung als standardisierte Steuerung für die Verwendung in einer Vielzahl von unterschiedlichen Aggregaten der Luftdruck- und/oder Vakuumerzeugung ausgebildet ist und einen durch ein Betriebssystem überwachten und gesteuerten Industrie-PC oder Industrie-Mikro-Computer mit einem oder mehreren Mikroprozessoren und mit einem zentralen Datenspeicher aufweist, der mindestens Steuerungs- und Regelungssoftware und eine Vielzahl von aggregatspezifischen Datenprofilen enthält, die jeweils für einen bestimmten Aggregat-Typ vorgesehen sind und separat aufrufbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Steuerung für Aggregate der Druckluft- oder Vakuumerzeugung, mit programmierbaren elektronischen Schaltkreisen für die Steuerung, Regelung und Überwachung der technischen Funktionen von solchen Aggregaten, insbesondere der Funktionen des Drucklufterzeugers oder der Vakuumpumpe und der zugehörigen Antriebe sowie der Druckluftaufbereitung.
Die nach dem Stande der Technik bekannt gewordenen elektronischen Steuerungen für Anlagen der Druckluft- oder Vakuumerzeugung arbeiten mit den einzelnen Funktionen oder Funktionsgruppen von solchen Anlagen zugeordneten elektronischen Steuerungen. Soweit die Anlagen an überge­ ordnete Leitsysteme anzuschließen sind, werden als elektronische Steuerungen auch speicherprogrammierbare elektronische Steuerungen (SPS) oder herstellereigene Sondersteuerungen verwendet, die mit entspre­ chenden Schnittstellen zum Anschluß an übergeordnete Systeme versehen sind. Da die zu steuernden Funktionen der verschiedenen Drucklufterzeuger, Vakuumpumpen, Antriebsaggregate oder Druckluftaufbereitungsgeräte aus technischer Sicht höchst unterschiedlich sind, ist es schwierig, die einzelnen elektronischen Steuerungen sinnvoll miteinander zu verknüpfen. Insbeson­ dere ist es schwierig, solche elektronischen Steuerungen an zumeist stan­ dardisierte übergeordnete Steuerung- und Leitsysteme anzukoppeln oder miteinander zu verbinden.
Ganz allgemein ist auch die spezielle Konstruktion (Design), die Fertigung, die Montage und die Inbetriebnahme von solchen Steuerungen mit relativ großem Arbeitsaufwand verbunden, weil immer wieder voneinander abweichende Kriterien beachtet werden müssen. In Anbetracht der Variantenvielfalt ergeben sich auch Probleme im Hinblick auf die Logistik für die Fertigung und Ersatzteilhaltung. Aufgrund der Vielfalt der verschiedenen Steuerungen ist auch die Wartung und Instandsetzung solcher elektronischen Steuerungen außerordentlich aufwendig und erfordert vom Wartungspersonal große Erfahrung und höchste Aufmerksamkeit, weil von Anlage zu Anlage alle Umstände neu bedacht werden müssen. Die Folge davon sind hohe Wartungskosten und eine umständliche Fehleranalyse im Falle einer Störung der Anlage.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine neue elektronische Steuerung für Aggregate der Druckluft- oder Vakuumerzeugung zu schaffen, die trotz der Typenvielfalt der verschiedenen Aggregate und der unterschiedlichen Ein­ satzbedingungen eine einfache Konstruktion (Design), Fertigung, Montage, Inbetriebnahme, Wartung, Fehlersuche und Reparatur zuläßt.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von einer elek­ tronischen Steuerung der eingangs genannten Art vor, daß die elektronische Steuerung als standardisierte Steuerung für die Verwendung in einer Vielzahl von unterschiedlichen Aggregaten der Druckluft- und/oder Vakuumerzeugung ausgebildet ist und einen durch ein Betriebssystem überwachten und gesteuerten Industrie-PC oder Industrie-Mikro-Computer mit einem oder mehreren Mikroprozessoren und mit einem zentralen Datenspeicher aufweist, der mindestens Steuerungs- und Rege­ lungssoftware und eine Vielzahl von aggregatsspezifischen Datenprofilen enthält, die jeweils für einen bestimmten Aggregattyp vorgesehen und separat aufrufbar sind.
Die Erfindung verwirklicht erstmals eine standardisierte Universalsteuerung für Aggregate der Druck- und Vakuumerzeugung, die für eine große Zahl von Aggregattypen verwendbar ist und problemlos auf jeden dieser Aggregatty­ pen einstellbar ist. Nach der Installation der Steuerung in einem beliebigen Aggregattyp braucht für die Inbetriebnahme lediglich das für diesen Aggre­ gattyp spezifische Datenprofil über die Bedienoberfläche und ohne auf ein Programmiergerät oder ähnliches angewiesen zu sein aktiviert zu werden. Da die Steuerungshardware für alle Aggregattypen gleich ist und die Differenzierung im Hinblick auf die unterschiedlichen Aggregattypen in die Software verlagert worden ist, ergibt sich eine äußerst einfache Steuerung, deren Herstellung, Einbau, Anpassung, Bedienung, Handhabung und Wartung denkbar einfach ist.
Das Betriebssystem des Industrie-PC oder Industrie-Mikro-Computers ist zweckmäßig ein Echtzeit-Betriebssystem. Das hat den Vorteil, daß bei Betrieb der elektronischen Steuerung gemäß der Erfindung alle Steuerungs- und Regeleingriffe ohne störende Zeitverzögerung sofort ausgeführt werden.
Zweckmäßig ist weiterhin vorgesehen, daß auf dem Betriebssystem ein Laufzeitsystem (Softwareprozessor bzw. virtuelle Maschine) installiert ist, welches Programmanweisungen der Steuerungs- und Regelungssoftware in eine Darstellung umsetzt, die von dem/den Mikroprozessor/en der Steuerung bearbeitet werden kann, und welches die Kontrolle über die übernimmt. Ein solches Laufzeitsystem, welches auch als Softwareprozessor bzw. virtuelle Maschine bezeichnet werden kann, ermöglicht die Kommunikation zwischen der Steuerungs- und Regelungssoftware einerseits und dem oder den Mikroprozessoren des Industrie-PC bzw. Industrie-Mikro-Computers andererseits, so daß es ohne weiteres möglich ist, bewährte und vorhandene Steuerungs- und Regelungssoftware oder Bausteine davon für die Steuerung gemäß der Erfindung zu verwenden.
Zweckmäßig ist das Laufzeitsystem ein Soft-PLC bzw. eine Soft-SPS und emuliert eine speicherprogrammierbare Steuerung. Auf diese Weise ist es möglich, mit der Steuerung gemäß der Erfindung auf den breiten Erfah­ rungsschatz mit beliebigen speicherprogrammierbaren Steuerungen zurück­ zugreifen.
Eine andere zweckmäßige Weiterbildung der Steuerung gemäß der Erfindung sieht vor, daß das Betriebssystem des Industrie-PC bzw. Industrie-Mikro­ computers ohne zusätzliches Laufzeitsystem die Verwendung eine Pro­ grammiersprache für die Steuerungs- und Regelungssoftware unterstützt.
In jedem Fall, d. h. sowohl bei der Verwendung eines Laufzeitsystems als auch ohne Verwendung eines Laufzeitsystems erfolgt die Programmierung der Steuerungs- und Regelungssoftware in einer Programmiersprache z. B. in einer Programmiersprache für speicherprogrammierbare Steuerungen.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Steuerung gemäß der Erfindung besteht die Software im zentralen Datenspeicher mindestens aus Komponenten
  • - für die Steuerungs- und Regelungslogik,
  • - zur Ansteuerung einer Bedienoberfläche (Bedien- & Beobachten- Software)
  • - zur Verwaltung eines Historienspeichers (Auftragsbearbeitung) und
  • - zur Kommunikation über Schnittstellen (Kommunikations-Appli­ kationen),
wobei diese Komponenten auf eine gemeinsame Datenbasis zugreifen, in der auch die Datenprofile gespeichert sind.
Auf diese Weise kommt man bei der Steuerung gemäß der Erfindung mit einem einzigen großen Datenspeicher aus, dessen Inhalte in der jeweils erforderlichen Kombination aufgerufen werden können.
Die Steuerung gemäß der Erfindung ist weiterhin gekennzeichnet durch eine Vielzahl von digitalen und/oder analogen Ein- und Ausgängen zur Zustandserfassung und Steuerung der angeschlossenen Aggregatkomponenten, deren Belegung über die Steuerungs- und Regelungssoftware festlegbar ist, eine Bedienoberfläche mit Klartextanzeige und eine oder mehrere standardisierte Datenschnittstellen zum kommunikativen Anschluß von über-, neben- oder untergeordneten Systemen. Dabei sind der Industrie-PC bzw. der Industrie-Mikro-Computer und der zugehörige Datenspeicher in einem kompakten, abgeschirmten Gehäuse angeordnet, welches in die Bedientafel eines Aggregates für die Druckluft- oder Vakuumerzeugung einbaubar ist und dessen Vorderseite die Bedienoberfläche mit Klartextanzeige aufweist, während die Rückwand und/oder die Oberwand und/oder die Unterwand und/oder die Seitenwände des Gehäuses mit digitalen und/oder analogen Ein- oder Ausgängen und den Datenschnittstellen versehen sind. Das so gebildete Steuergerät ist kompakt aufgebaut und in die Bedientafeln von beliebigen Aggregaten für die Druckluft- oder Vakuumerzeugung einbaubar.
Da das Steuergerät mit integrierter Bedienoberfläche zusammen mit der Steuerungshardware für alle Aggregate gleich ist und die Differenzierung lediglich im Bereich der Software vorgenommen wird, ergibt sich ein Universalsteuergerät, welches ohne jede äußere Veränderung vielfältig verwendbar ist.
Durch die an dem Kompaktgerät vorgesehenen standardisierten Schnittstellen ist es darüber hinaus auf einfache Weise möglich, diese Steuerung mit anderen Datenverarbeitungssystemen zu vernetzen, beispielsweise an übergeordnete Leitsysteme anzuschließen, mit parallelen Systemen zu koppeln oder zum Zwecke der Fernübertragung oder der Fernsteuerung mit einem Datenfernübertragungssystem (DFÜ) zu verbinden. So ist es beispielsweise möglich, über die Datenschnittstellen und ein geeignetes Modem eine Verbindung zur Fernüberwachung des Herstellers des Aggregates oder einem Serviceanbieter herzustellen, und zwar beispielsweise über das Telefonfestnetz, über das GSM-Funknetz oder das Internet.
Zweckmäßig ist vorgesehen, daß die aggregatsspezifischen Datenprofile die zu jedem Aggregattyp und dessen Komponenten gehörenden Daten bezüglich der Steuer- und Regelalgorithmen und/oder der Steuer- und Regelparameter und/oder der technischen Kenn- und Grenzwerte und/oder der aggregatsspezifischen Belegung der Ein- und Ausgänge umfassen und aus dem Datenspeicher jeweils für einen Anlagentyp zusammengefaßt aufrufbar sind. Hierdurch ist es nach Einbau der Steuerung auf einfache Weise möglich, zunächst die Standardsteuerung dieses speziellen Aggregattyps zu aktivieren, ohne daß hierzu besondere Sachkenntnisse erforderlich wären oder umfangreiche Installations- und Programmierungsarbeiten notwendig wären.
Für die Feinanpassung jedes aufgerufenen Datenprofiles ist vorgesehen, daß die Daten jedes aufgerufenen Datenprofiles einschließlich der die Belegung der Ein- und Ausgänge bestimmenden Daten mittels der Bedienoberfläche und/oder über eine der Datenschnittstellen veränderbar sind. Hierdurch ist es möglich, jedes abgespeicherte Datenprofil erforderlichenfalls nachträglich an die im konkreten Einzelfall vorgefundenen Gegebenheiten oder an Sonderwünsche des Betreibers anzupassen.
Zweckmäßig sind mehrere unterschiedliche passwortgeschützte, hierarchisch abgestufte Levels für die Veränderung der Datenprofile oder anderer Einstellungen eingerichtet. Der niedrigste Level ist zweckmäßig für den Betreiber der Anlage vorgesehen und ermöglicht lediglich die Veränderung einiger weniger, für den Betrieb der Gesamtanlage ungefährlicher Parameter innerhalb vorgegebener Grenzen. Die nächsten gehobenen Level sind ausschließlich dem Wartungspersonal zugänglich und ermöglichen - je nach Qualifikation des Wartungspersonals - schon tiefergehende Eingriffe in das Datenprofil. Der höchste Level ist ausschließlich dem Hersteller vorgehalten und gestattet gravierende Veränderungen eines Datenprofiles oder gegebenenfalls auch die Einrichtung eines völlig neuen Datenprofiles, falls sich dies als notwendig herausstellen sollte.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß der Historienspeicher für die Zwecke der Störungsanalyse und der Analyse des Betriebsverhaltens über einen großen Zeitraum bestimmte Ereignisse oder Zustände aus der Vergangenheit mit Datum, Uhrzeit, Status und Erläuterung festhält. Unter Status wird hier eine Information verstanden, ob ein Zustand eingetreten ist, aufgehört hat oder quittiert worden ist. Vorgesehen ist hier beispielsweise, die letzten 100 Ereignisse und Zustände sowie die Umstände von deren Auslösung und Beendung festzuhalten, so daß man bei Aufruf des Historienspeicher feststellen kann, wann und unter welchen Umständen in der Vergangenheit Probleme aufgetreten sind.
Zu diesem Zweck ist der Inhalt des Historienspeichers am Display oder über die kommunikativen Datenschnittstellen im Klartext abrufbar. Auf diese Weise kann der Inhalt des Historienspeichers beispielsweise auf einem Bildschirm dargestellt oder mittels eines Druckers ausgedruckt werden.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung sieht weiterhin einen Auswertealgorithmus für den Historienspeicher vor, anhand dessen mittels der gespeicherten Ergebnisse und/oder Zustände aus der Vergangenheit das Verhalten der Steuerung für die Zukunft optimierbar ist. Eine derart intelligent ausgebildete Steuerung kann also gewissermaßen aus dem Betriebsverhalten der Vergangenheit lernen und dieses in der Zukunft optimieren.
Besondere Vorteile ergeben sich, wenn die Software des Industrie-PC oder des Industrie-Mikro-Computers über eine der Datenschnittstellen lokal oder per Datenfernübertragung frei programmierbar und somit beliebig anpaßbar ist. Auf diese Weise ist es möglich, die Steuerungen der technischen Entwicklung optimal anzupassen und gegebenenfalls auch völlig neue Steuerkriterien und/oder Datenprofile von neuen Aggregate in die Steuerung einzubeziehen. Das durch die Steuerung gemäß der Erfindung geschaffene System ist also auch releasefähig.
In einer weiteren Ausgestaltung der Steuerung gemäß der Erfindung kann die Software des Industrie-PC oder Industrie-Mikro-Computers auch eine programmierbarer Timerfunktion erhalten, die das Aggregat nach einem vorgegebenen Zeitprogramm steuern kann. Hierdurch ist es möglich, z. B. Stillstandszeiten wie lange Wochenenden, Urlaub etc., bei der Steuerung zu berücksichtigen.
Falls es notwendig ist, eine besonders große Zahl von Eingangsgrößen zu berücksichtigen, die nur unscharf ermittelt werden können, sieht die Steuerung gemäß der Erfindung weiterhin vor, daß auf dem Industrie-PC oder dem Industrie-Mikro-Computer aggregatsspezifische Software-Fuzzy- Controller installierbar sind, jeweils bestehend aus einer aggregatsspezifischen Regelbasis, einer Inferenzmaschine und einem den Eingängen zugeordneten Bedingungsinterface sowie einem den Ausgängen zugeordneten Aktionsinterface. Ein solcher ebenfalls nur in Software konfigurierter Fuzzy-Controller macht es auf einfache Weise möglich, das angeschlossene Aggregat der Druckluft- oder Vakuumerzeugung auch nach den Regeln der Fuzzy-Logik zu steuern, die es bekanntlich möglich macht, eine besonders große Anzahl von Eingangsbedingungen zu berücksichtigen, wobei diese Eingangsbedingungen komplex miteinander verknüpft sein können und nicht einmal genau gemessen zu werden brauchen.
Als standardisierte kommunikative Schnittstelle ist mindestens eine serielle RS-232-Schnittstelle vorgesehen, an die wahlweise ein Programmiergerät, ein Drucker oder ein Modem angeschlossen werden kann, mit welchem es möglich ist, die elektronische Steuerung per Telefonleitung, Internet, GSM- Funktelefon oder mittels einer sonstigen geeigneten Datenfernübermittlung anzusteuern.
Als zweite kommunikative Schnittstelle sieht die Steuerung gemäß der Erfindung mindestens eine serielle Schnittstelle nach dem Standard RS-485 vor. Eine solche Schnittstelle ist besonders zur Punkt-zu-Punkt-Verbindung der Steuerungen von zwei parallel arbeitenden Aggregaten geeignet.
Schließlich ist als dritte standardisierte kommunikative Schnittstelle mindestens eine Profi-Bus-Schnittstelle vorgesehen. Diese Schnittstelle ist insbesondere zum Ankoppeln der Steuerung an übergeordnete Leitsysteme geeignet. Erforderlichenfalls kann auch über diese Schnittstelle und ein geeignetes Modem eine Verbindung zu einer Datenfernübermittlung hergestellt werden.
Falls eine besonders große Anzahl von Ein- und Ausgängen benötigt wird, ist weiterhin vorgesehen, daß der Systembus des Industrie-PC bzw. des Industrie-Mikro-Computers mit einer Schnittstelle zum Anschluß von Erweitungsplatinen, vorzugsweise mit zusätzlichen Ein- und Ausgängen versehen ist.
Zweckmäßig sind alle Ein- und Ausgänge als Steckerklemmen an der Rückwand und/oder der Oberwand und/oder der Unterwand und/oder den Seitenwänden des Gehäuses ausgebildet. Hierdurch ist es auf einfache Weise möglich, die gesamte Verkabelung im Bereich hinter der Bedientafel des Aggregates zu belassen.
Die Bedienoberfläche der Steuerung weist zweckmäßig eine geschützte Folientastatur und ein LCD-Display auf, wobei alle Funktionen der Steuerung menügeführt über die Folientastatur abrufbar sind und mit ihren Daten auf dem LCD-Display Online umschaltbar in verschiedenen Sprachen oder Einheitensystemen ablesbar sind. Durch die Folientastatur in Verbindung mit dem menügeführten Aufruf der unterschiedlichen Funktionen ist die Bedienung äußerst einfach und wenig störanfällig.
Die Bedienoberfläche weist darüber hinaus zweckmäßig Leuchtdioden für die Überwachung und Anzeige der Hauptfunktionen und für Störmeldungen auf. Hierdurch wird sichergestellt, daß die wichtigsten Betriebszustände, Störungen oder Wartungsmeldungen schon von Weitem sichtbar sind, ohne daß man die Daten auf dem Display lesen müßte.
Weiterhin sind an der Steuerung gemäß der Erfindung neben den durch den Aggregat-Typ belegten Ein- und Ausgängen zusätzliche freie Ein- und Ausgänge vorgesehen. Mit Hilfe dieser freien Ein- und Ausgänge ist es möglich, gegebenenfalls weitere Informationen abzufragen und/oder einzugeben, die vom jeweiligen Betreiber des Aggregates aus irgendwelchen Gründen zusätzlich gewünscht werden. Die Belegung der zusätzlichen Ein- und Ausgänge ist mittels der Steuerung gemäß der Erfindung ebenfalls auf einfache Art und Weise programmierbar.
Schließlich ist vorgesehen, daß über die Menü-Steuerung ein Prüfmodus aufrufbar ist, bei welchem lokal oder per Datenfernübertragung bei Betrieb des Aggregates die Werte der analogen und/oder digitalen Ein- und Ausgänge einzeln abfragbar sind und bei Stillstand des Aggregates außerdem die Zustände der Ausgänge unabhängig von der Steuerungslogik beliebig vorgebbar sind. Diese zusätzliche Funktion macht es möglich, im Bedarfsfall während des Betriebes des Aggregates alle analogen Ein- und Ausgänge einzeln abzufragen und bei Stillstand des Aggregates zusätzlich zur Fehlerdiagnose die Ausgänge beliebig mit Signalen zu beaufschlagen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeich­ nungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch die Anordnung der elektronischen Steuerung gemäß der Erfindung in einer Drucklufterzeugungsanlage und die Anbindung der Steue­ rungen an ein übergeordnetes Leitsystem,
Fig. 2, 3 und 4 das Gehäuse der Steuerung gemäß der Erfindung in ver­ schiedenen Ansichten, teil­ weise im Schnitt;
Fig. 5 ein Blockschaltbild der für die Steuerung gemäß der Erfin­ dung verwendeten Hardware;
Fig. 6 ein Blockschaltbild der für die Steuerung gemäß der Erfin­ dung verwendeten Software;
Fig. 7 ein Blockschaltbild eines in der Steuerung gemäß der Erfin­ dung installierten Soft-Fuzzy- Controllers.
Die in Fig. 1 dargestellt Drucklufterzeugungsanlage weist zwei Kompresso­ ren 1 und 2 mit integriertem elektrischem Antrieb sowie einen Kältetrockner 3 auf, der die von den Kompressoren 1 und 2 erzeugte Druckluft trocknet. In jedem der Kompressoren 1 und 2 und in den Kältetrockner 3 sind elektronische Steuerungen 4 gemäß der Erfindung eingebaut.
Die elektronische Steuerungen 4 befindet sich jeweils in einem kompakten, abgeschirmten Gehäuse 5, welches in die Bedientafel 6 der Kompressoren 1 und 2 bzw. des Kältetrockners 3 eingebaut ist.
Wie aus den Fig. 2 bis 4 ersichtlich ist, weist das Gehäuse 5 an der Vorder­ seite eine Bedienoberfläche 7 mit einer Klartextanzeige in Form eines LCD- Displays 8 auf. Außerdem ist die Bedienoberfläche 7 mit einer Reihe von Leuchtdioden 9 für Betriebs- bzw. Störungsmeldungen versehen, die zum Teil im Bedienschalter 10 integriert. Die Bedienschalter 10 sind Bestandteil einer die Vorderseite des Gehäuses 5 dicht abschließenden Folientastatur.
Die im Inneren des Gehäuses 5 enthaltene elektronische Steuerung 4 weist eine Prozessorplatine 11 auf, die mit einem Industrie-Mikro-Computer (IMC) bzw. Industrie-PC 12 bestückt ist. Dabei handelt sich es sich um einen Mikro-Computer mit allen wesentlichen Funktionen eines frei programmierbaren PC, welcher für industrielle Applicationen eingesetzt wird. Dieser Industrie-Mikro-Computer bzw. Industrie-PC 12 arbeitet mit einem ebenfalls auf der Prozessorplatine 11 befindlichen umfangreichen zentralen Datenspeicher 13 (vgl. auch Fig. 4). Schließlich ist die Prozessorplatine 11 mit drei Standard-Datenschnittstellen versehen, nämlich der Datenschnittstelle 14 nach dem Standard RS-232, der Datenschnittstelle 15 nach dem Standard RS-485 und der Datenschnittstelle 16 nach dem Profibus-Standard. Die Datenschnittstellen 14, 15 und 16 sind als Steckverbindungen ausgebildet und an der Unterwand des Gehäuses 5 aus dem herausgeführt.
Weiterhin befindet sich in dem Gehäuse 5 mindestens eine E/A-Platine 17, die über einen Systembus 18 mit der Prozessorplatine 11 verbunden ist. Die Platine 17 ist mit Steckverbindungen für die Eingänge 19 der Steuerung, weiterhin mit Steckverbundungen für die Ausgänge 20 der Steuerung und schließlich mit Steckverbundungen für die Energieversorgung 21 versehen. Auch diese Steckverbindungen der E/A-Platine 17 sind im Bereich der Unterwand des Gehäuses 5 aus diesem herausgeführt.
Weiterhin befindet sich in dem Gehäuse 5 eine Erweiterungsplatine 22, die ebenfalls an den Systembus 18 anschließbar ist und weitere Steckverbindungen für Eingänge 23, für Ausgänge 24 und für die Energieversorgung 25 aufweist. Auch die Steckverbindungen der Erweiterungsplatine 22 sind im Bereich der Unterwand des Gehäuses 5 aus diesem herausgeführt. Die Erweiterungsplatine 22 wird allerdings nur verwendet, wenn für die Betrieb des angeschlossenen Aggregates bzw. der angeschlossenen Anlage mehr Ein- und Ausgänge benötigt werden, als auf der Standard-E/A-Platine 17 vorgesehen sind. Für die Eingänge 19 bzw. 23 sind die verschiedenen analogen oder digitalen Signalgeber des zu überwachenden Aggregates an die Steuerung angeschlossen. Umgekehrt erhalten die an dem Aggregat vorgesehenen Steller ihre Steuerungssignale über die Ausgänge 20 bzw. 24 der Steuerung 4.
Über die Schnittstelle 14 mit dem Standard RS-232 kann an die Steuerung ein Programmiergerät angeschlossen werden, mit dessen Hilfe es möglich ist, den Inhalt des zentralen Speichers 13, d. h. die in diesem zentralen Speicher gespeicherten Daten und Programme zu verändern und zu ergänzen. Weiterhin kann an diese Datenschnittstelle 14 ein Drucker angeschlossen werden, mit dessen Hilfe es möglich ist, den Inhalt des Datenspeichers 13 ganz oder teilweise auszudrucken. Schließlich kann mittels dieser Schnittstelle über ein geeignetes Modem eine Verbindung zu einer Datenfernübermittlung hergestellt werden, beispielsweise zum Telefon- Festnetz, zum GSM-Funknetz oder zum Internet. Mit dieser Datenfernübermittlung ist es möglich, die Steuerung beispielsweise von einem Teleservice eines Service-Anbieters her zu überwachen oder erforderlichenfalls Eingriffe in die abgespeicherten Daten oder Programme vorzunehmen.
Wie weiterhin aus Fig. 1 ersichtlich ist, können die einzelnen Steuerungen 4 über die Schnittstellen 16 mit Profibus-Standard an das Netzwerk eines Leitsystemes 26 angeschlossen werden, welches die parallel laufenden Aggregate 1, 2 und 3 zusammenfaßt und deren Betrieb aufeinander abstimmt. Auch dieses Leitsystem 26 arbeitet wieder mit einer Steuerung 4 gemäß der Erfindung, in welcher zu diesem Zweck ein Datenprofil aufgerufen wird, welches dieser Leitfunktion entspricht.
Über diesem Leitsystem 26 liegt beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 das übergeordnete Leitsystem 27 des Anwenders, welches über die Schnittstelle 14 mit Standard RS-232 an die in dem darunterliegenden Leitsystem 26 liegende Steuerung 4 angeschlossen ist, z. B. über ein Ethernet. Dieses übergeordnete Leitsystem des Anwenders 27 stellt die Verbindung zur allgemeinen Prozeßsteuerung des Anwenders her.
Alle Steuerungen 4 können über die Schnittstellen 14 mit Standard RS-232 und ein Modem 28 und geeignete Datenfernübertragungs-Einreichtungen, z. B. Telefon-Festnetz, GSM-Funknetz oder Internet an den Teleservice 29 einer Service-Anbieters angeschlossen werden. Auf diese Weise wird eine Fernwartung der angeschlossenen Aggregate und Anlagen ermöglicht.
Fig. 6 zeigt beispielsweise den prinziellen Aufbau einer Software für die Steuerung gemäß der Erfindung. Der Hardware 30, bestehend aus dem Prozessor 12 und dem zugeordneten umfangreichen zentralen Datenspeicher 13 ist ein BIOS (Basical/Input/Output System) 13 zugeordnet, welches in herkömmlicher Weise den Speicher, die Tastatur, das Display, die Schnittstellen, die digitalen und analogen Ein- und Ausgänge sowie die Echtzeit-Uhr unterstützt. Die Steuerung gemäß der Erfindung weist weiterhin ein Software-Paket 32 für die Profibus-Schnittstelle sowie ein Software- Paket 33 für einen Programmlader, z. B. einen Flash-Lader, auf.
Über dem BIOS 31 ist ein Echtzeit-Betriebssystem 34 (z. B. RMOS 3) installiert, welches für ausreichend schnelle Steuerungs- und Regelungseingriffe der Steuerung sorgt.
Das Echtzeit-Betriebssystem 34 unterstützt beim Ausführungsbeispiel ein Laufzeitsystem 35. Bei diesem Laufzeitsystem handelt es sich um ein Software-Programm bzw. eine virtuelle Maschine, mit deren Hilfe Programmanweisungen der Steuerungs- und Regelungssoftware in eine Darstellung umgesetzt wird, die von dem Mikroprozessor der Steuerung bearbeitet werden kann. Außerdem übernimmt das Laufzeitsystem 35 die Kontrolle über die Abarbeitung der Programme. Beim Ausführungsbeispiel ist dieses Laufzeitsystem 35 ein Soft-PLC bzw. eine Soft-SPS und emuliert eine speicherprogrammierbare Steuerung.
Weiterhin enthält der zentrale Datenspeicher 13 Software 36 der Steuerungs- und Regelungslogik, z. B. eine Anzahl von SPS- oder PLC- Programmen für die verschiedenen zu steuernden oder zu regelnden Funktionen des Aggregates. Weiterhin ist Software 37 zum Bedienen und Beobachten der Bedienoberfläche 7, Software 38 für verschiedene Auftragsbearbeitungen, z. B. für die Bearbeitung von Meldungen, Datenprofilen, des Historien-Speichers etc., vorgesehen. Schließlich ist noch Software für die Bearbeitung der Kommunikationsapplikationen vorgesehen, nämlich zur Kommunikation über die Schnittstellen der Steuerung.
Der zentrale Datenspeicher 13 enthält eine große Zahl von speziellen Datenprofilen 40, die einen Teil der gemeinsamen Datenbasis für die Universalsteuerung darstellen. Diese aggregatsspezifischen Datenprofile 40 umfassen die zu jedem Aggregat gehörenden Daten bezüglich der Steuer- und Regelalgorithmen und/oder der Steuer- und Regelparameter und/oder der technischen Kenn- und Grenzwerte und/oder der aggregatsspezifischen Belegung der Ein- und Ausgänge und können aus dem Datenspeicher jeweils für ein Aggregat zusammengefaßt aufgerufen werden.
Gegebenenfalls kommt die Steuerung gemäß der Erfindung auch ohne das Laufzeitsystem 35 aus. In diesem Fall unterstützt das Echtzeit- Betriebssystem 34 unmittelbar die Verwendung einer Programmiersprache für die Steuerungs- und Regelungssoftware, z. B. die SPS- oder PLC- Programme.
Gegebenenfalls kann auf dem Industrie-PC oder Industrie-Mikro-Computer auch ein Software-Fuzzy-Controller 41 installiert werden, wie er in Fig. 7 dargestellt ist. Dieser Software-Fuzzy-Controller besteht aus einer anlagespezifischen Regelbasis 42, einer Inferenzmaschine 43, einem den Eingängen zugeordneten Bedingungsinterface 44 sowie einem den Ausgängen zugeordneten Aktionsinterface 45. Mit einem solchen Fuzzy- Controller 41 ist es möglich, eine sehr große Zahl und eventuell auch unscharf ermittelte Meßwerte für die Steuerung und Regelung des Aggregates heranzuziehen.

Claims (29)

1. Elektronische Steuerung für Aggregate der Druckluft- oder Vakuumerzeugung, mit programmierbaren elektronischen Schaltkreisen für die Steuerung, Regelung und Überwachung der technischen Funktionen von solchen Aggregate, insbesondere der Funktionen des Drucklufterzeugers oder der Vakuumpumpe und der zugehörigen Antriebe sowie der Druckluftaufbereitung, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuerung als standardisierte Steuerung für die Verwendung in einer Vielzahl von unterschiedlichen Aggregaten der Druckluft- oder Vakuumerzeugung ausgebildet ist und einen durch ein Betriebssystem (34) überwachten und gesteuerten Industrie-PC oder Industrie-Mikro-Computer mit einem oder mehreren Mikroprozessoren (12) und einem zentralen Datenspeicher (13) aufweist, der mindestens Steuerungs- und Regelungssoftware (36) und eine Vielzahl von aggregatsspezifischen Datenprofilen (40) enthält, die jeweils für einen bestimmten Aggregat-Typ vorgesehen und separat aufrufbar sind.
2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Betriebssystem (34) ein Echtzeit-Betriebssystem ist.
3. Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Betriebssystem (34) ein Laufzeitsystem (35) (Softwareprozessor bzw. virtuelle Maschine) installiert ist, welches Programmanweisungen der Steuerungs- und Regelungssoftware (36) in eine Darstellung umsetzt, die von dem/den Mikroprozessor/en (12) der Steuerung bearbeitet werden kann, und welches die Kontrolle über die Abarbeitung übernimmt.
4. Steuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufzeitsystem (35) ein Soft-PLC bzw. Soft-SPS ist und eine speicherprogrammierbare Steuerung emuliert.
5. Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Betriebssystem (34) ohne zusätzliches Laufzeitsystem (35) die Verwendung einer Programmiersprache für die Steuerungs- und Regelungssoftware unterstützt.
6. Steuerung nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Programmierung der Steuerungs- und Regelungssoftware in einer Programmiersprache für speicherprogrammierbare Steuerungen erfolgt.
7. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Software im zentralen Datenspeicher (13) mindestens aus Komponenten
  • - für die Steuerungs- und Regelungslogik (36)
  • - zur Ansteuerung einer Bedienoberfläche (Bedien- & Beobachten- Software) (37)
  • - zur Verwaltung eines Historienspeichers (Auftragsbearbeitung) (38) und
  • - zur Kommunikation über Schnittstellen (Kommunikations-Applikationen) (39)
besteht und das diese Komponenten auf eine gemeinsame Datenbasis zugreifen, in der auch die Datenprofile (40) gespeichert sind.
8. Steuerung nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch
  • - eine Vielzahl von digitalen oder analogen Ein- und Ausgängen (19, 20; 23, 24) zur Zustandserfassung und Steuerung der angeschlossenen Aggregatkomponenten, deren Belegung über die Steuerungs- und Regelungssoftware (36) festlegbar ist,
  • - eine Bedienoberfläche (7) mit Klartextanzeige,
  • - und eine oder mehrere standardisierte Datenschnittstellen (14, 15, 16) zum kommunikativen Anschluß von über-, neben- oder untergeordneten Systemen.
9. Steuerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Industrie-PC oder Industrie-Mikro-Computer und der zugehörige Datenspeicher (13) in einem kompakten, abgeschirmten Gehäuse (5) angeordnet sind, welches in die Bedientafel (6) eines Aggregates für die Druckluft- oder Vakuumerzeugung einbaubar ist und dessen Vorderseite die Bedienoberfläche (7) mit Klartextanzeige aufweist, während die Rückwand oder die Oberwand und/oder die Unterwand und/oder die Seitenwand des Gehäuses (5) mit den digitalen und/oder analogen Ein- und Ausgängen und den Datenschnittstellen versehen sind.
10. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aggregatsspezifischen Datenprofile (40) die zu jedem Aggregat und dessen Komponenten gehörenden Daten bezüglich der Steuer- und Regelalgorithmen und/oder Steuer- und/oder Regelparameter und/oder der technischen Kenn- und Grenzwerte und/oder der aggregatspezifischen Belegung der Ein- und Ausgänge (19, 20; 23, 24) umfassen und aus dem Datenspeicher (13) jeweils für einen Aggregat-Typ zusammengefaßt aufrufbar sind.
11. Steuerung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten jedes aufgerufenen Datenprofiles (40) einschließlich der die Belegung der Ein- und Ausgänge (19, 20; 23, 24) bestimmenden Daten mittels der Bedienoberfläche (7) und/oder über eine Datenschnittstelle (14, 15, 16) veränderbar sind.
12. Steuerung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere unterschiedliche, passwortgeschützte, hierarchisch abgestufte Levels für die Veränderung der Datenprofile (40) oder anderen Einstellungen eingerichtet sind.
13. Steuerung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Historienspeicher für die Zwecke der Störungsanalyse und der Analyse des Betriebsverhaltens über einen großen Zeitraum bestimmter Ereignisse oder Zustände aus der Vergangenheit mit Datum, Uhrzeit, Status und Erläuterung festhält.
14. Steuerung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Inhalt des Historienspeicher am Display (8) und/oder über die kommunikativen Datenschnittstellen (14, 15, 16) im Klartext abrufbar ist.
15. Steuerung nach den Ansprüchen 13 oder 14, gekennzeichnet durch einen Auswertealgorithmus für den Historienspeicher, anhand dessen mittels der gespeicherten Ereignisse und/oder Zustände aus der Vergangenheit das Verhalten der Steuerung für die Zukunft optimierbar ist.
16. Steuerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Software des Industrie-PC oder Industrie-Mikro-Computers über eine der Datenschnittstellen (14, 15, 16) lokal oder per Datenfernübertragung frei programmierbar und somit beliebig anpaßbar ist.
17. Steuerung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Software des Industrie-PC oder Industrie-Mikro-Computers eine speicherprogrammierbare Timerfunktion erhält, die das Aggregat nach einem vorgegebenen Zeitprogramm steuern kann.
18. Steuerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Industrie-PC oder Industrie-Mikro-Computer aggregatspezifische Software-Fuzzy-Controller (41) installierbar sind, jeweils bestehend aus einer aggregatsspezifischen Regelbasis (42) einer Inferenzmaschine (43) und einem den Eingängen zugeordneten Bedingungsinterface (44) sowie einem den Ausgängen zugeordneten Aktionsinterface (45).
19. Steuerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als eine der standardisierten kommunikativen Schnittstellen eine serielle RS-232- Schnittstelle (14) vorgesehen ist.
20. Steuerung nach Anspruch 8. dadurch gekennzeichnet, daß als eine der standardisierten kommunikativen Schnittstellen eine serielle RS-485- Schnittstelle (15) vorgesehen ist.
21. Steuerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als eine der standardisierten kommunikativen Schnittstellen eine Profibus- Schnittstelle (16) vorgesehen ist.
22. Steuerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Systembus (18) des Industrie-PC oder Industrie-Mikro-Computers mit einer Schnittstelle zum Anschluß von Erweiterungsplatinen, vorzugsweise mit zusätzlichen Ein- und Ausgängen (23, 24) versehen ist.
23. Steuerung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und Ausgänge (19, 20; 23, 24) als Steckerklemmen an der Rückwand und/oder der Oberwand und/oder der Unterwand und/oder den Seitenwänden des Gehäuses (4) ausgebildet sind.
24. Steuerung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedienoberfläche (7) eine geschützte Folientastatur und ein LCD-Display (8) aufweist, wobei alle Funktionen der Steuerung menügeführt über die Folientastatur abrufbar und mit ihren Daten auf dem LCD-Display (8) Online umschaltbar in verschiedenen Sprachen und/oder Einheitensystemen ablesbar sind.
25. Steuerung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedienoberfläche (7) Leuchtdioden (9) für die Überwachung und Anzeige der Hauptfunktionen und für Störungs- und/oder Wartungsmeldungen aufweist.
26. Steuerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß neben den durch den Aggregat-Typ belegten Ein- und Ausgängen (19, 20; 23, 24) zusätzlich freie Ein- und Ausgänge vorgesehen sind.
27. Steuerung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Ausgänge über die Bedienoberfläche oder die Datenschnittstellen mit beliebigen in der Steuerung vorhandenen Signalen belegt werden können.
28. Steuerung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß für die Belegung der freien Ausgänge zusätzliche Datenprofile existieren, welche über die Bedienoberfläche oder die Datenschnittstellen aufgerufen und/oder verändert werden können.
29. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß über die Menüsteuerung ein Prüfmodus aufrufbar ist, bei welchem lokal oder per Datenfernübertragung bei Betrieb des Aggregates die Werte der analogen und/oder digitalen Ein- und Ausgänge einzeln abfragbar sind und bei Stillstand des Aggregates außerdem die Zustände der Ausgänge unabhängig von der Steuerungslogik beliebig vorgebbar sind.
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