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