DE19901720A1 - Automatisierungssystem und Verfahren zum Betrieb eines Automatisierungssystems - Google Patents

Abstract

Um eine besonders einfache Steuerung des Datenverkehrs und eine besonders sichere Datenübertragung auch bei einem redundant ausgeführten Automatisierungssystem (1) zu ermöglichen, ist erfindungsgemäß bei einem Automatisierungssystem (1) mit einer Mehrzahl von Automatisierungsgeräten (2) und dezentral angeordneten Teilsystemen (4), die redundant ausgeführt und über ein Bussystem (6) verbunden sind, und denen jeweils ein Busmodul (8) zur Steuerung des Datenaustauschs zugeordnet ist, die Stromversorgung des jeweiligen Busmoduls (8) mittels eines Ausgangssignals (A) des zugehörigen Automatisierungsgeräts (2) oder des zugehörigen Teilsystems (4) einschaltbar.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Automatisierungssystem zur Steuerung und Überwachung einer technischen Anlage, insbeson­ dere einer Kraftwerksanlage, sowie auf ein Verfahren zum Be­ trieb eines Automatisierungssystems.

Üblicherweise wird eine Kraftwerksanlage mittels einer Viel­ zahl von einzelnen oder zusammenwirkenden Steuer- und Regel­ funktionen eines Automatisierungssystems automatisch gesteu­ ert und überwacht. Dazu umfaßt das Automatisierungssystem ei­ ne Anzahl von Datenverarbeitungseinheiten oder Automatisie­ rungsgeräten. Um der hohen Komplexität großtechnischer Kraft­ werksanlagen gerecht zu werden, umfaßt das Automatisierungs­ system zusätzlich eine Mehrzahl von dezentral angeordneten Teilsystemen. Die dezentralen Teilsysteme dienen üblicherwei­ se der Steuerung und Überwachung von Feldgeräten, z. B. Sen­ soren, Armaturen oder Motoren, die weit entfernt und somit dezentral in der Kraftwerksanlage angeordnet sind.

Die Automatisierungsgeräte und die Teilsysteme kommunizieren üblicherweise über einen gemeinsamen Datenbus miteinander. Die Komplexität der Kraftwerksanlage sowie ständig steigende Sicherheitsanforderungen führen dabei zu ständig neuen Anfor­ derungen an den Datenaustausch und an das Datenbussystem auf­ grund des Anstiegs der zu übertragenden Datenmenge bzw. in­ folge unterschiedlicher Datenformate. Um den Datenaustausch auf dem Datenbussystem koordinieren zu können, weist ein je­ des Automatisierungssystem sowie ein jedes Teilsystem ein zu­ gehöriges Busmodul auf. Die vom jeweiligen Automatisierungs­ gerät oder Teilsystem zu übertragenden Daten werden dem zuge­ hörigen Busmodul mittels eines Anschaltmoduls zugeführt. Da­ bei weist üblicherweise jedes Automatisierungsgerät oder Teilsystem ein zugehöriges Anschaltmodul auf.

Bei einem aufgrund von Sicherheitsanforderungen häufig redun­ dant ausgeführtem Automatisierungssystem werden mittels einer der Redundanz entsprechenden Anzahl von Anschaltmodulen red- undante und gleichwertige Daten an das jeweils zugehörige Busmodul übertragen. D. h. von einer redundanten Einheit - Ma­ ster-/Slave-Automatisierungsgerät - werden mittels des je­ weils zugehörigen Anschaltmoduls gleiche Daten sowohl von dem Master als auch von dem Reserve-Master (im weiteren Slave ge­ nannt) an das jeweils zugehörige Busmodul übertragen. Die Busmodule koordinieren in Abhängigkeit von der Auslastung des Bussystems sowie der den zu übertragenden Daten zugeordneten Priorität die Datenübertragung. Nachteilig ist, daß bedingt durch die Synchronisation von redundanten Einheiten gleich­ zeitig mehrere Anforderungen zur Übertragung von im wesentli­ chen gleichen Daten vorliegen. Dies kann zu einer Überlastung des Bussystems durch einen sogenannten Datenschwall, der ins­ besondere bei einem Störfall, bei welchem eine besonders gro­ ße Anzahl von Daten zu übertragen ist, führen. Dabei kann es zu einer zeitlich versetzten Übertragung von im wesentlichen gleichen Daten kommen. Derartige, zeitlich versetzte Übertra­ gungen können jedoch je nach Synchronisation der empfangenden redundanten Einheiten gravierende Folgen bis hin zum Ausfall der betreffenden Einheit haben. Darüber hinaus ist der Ein­ satz von Anschaltmodulen besonders montage- und platzaufwen­ dig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Automati­ sierungssystem anzugeben, das eine besonders einfache und si­ chere Steuerung des Datenverkehrs und Datenübertragung bei einem redundant ausgeführten Automatisierungssystem ermög­ licht, wobei insbesondere die gleichzeitige mehrfache Über­ tragung von gleichen Daten sicher vermieden ist. Desweiteren soll ein Verfahren zum Betrieb eines redundant aufgebauten Automatisierungssystems angegeben werden, bei dem ein beson­ ders sicherer Datenaustausch ermöglicht ist.

Diese erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge­ löst, daß bei einem Automatisierungssystem mit einer Mehrzahl von Automatisierungsgeräten, die redundant ausgeführt und über ein Bussystem miteinander verbunden sind und denen je­ weils ein Busmodul zur Steuerung des Datenaustausches zuge­ ordnet ist, die Stromversorgung des jeweiligen Busmoduls mit­ tels eines Ausgangssignal des zugehörigen Automatisierungsge­ räts einschaltbar ist.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß für eine besonders sichere Datenübertragung und einfache Datensteue­ rung eine redundante Übertragung von im wesentlichen gleichen Daten vermieden sein sollte. Insbesondere bei einem redundant ausgeführten Automatisierungssystem, bei dem mehrere Automa­ tisierungsgeräte gleichzeitig eine Anforderung zur Datenüber­ tragung an das jeweils zugehörige Busmodul senden, kann es zu einer zeitlich versetzten Datenübertragung von gleichen Daten der relevanten Automatisierungsgeräten kommen. Dies führt zu Inkompatibilitäten zwischen den gleiche Daten austauschenden Automatisierungsgeräten. Um dies zu vermeiden, sollte die Steuerung des Busmoduls entkoppelt von der jeweiligen Anfor­ derung des Anschaltmoduls zur Datenübertragung durchführbar sein. Bevorzugt sollte nur jenes Busmodul die Datenübertra­ gung ausführen, welches dem aktuell als Master arbeitenden Automatisierungsgerät zugeordnet ist. Dies ist besonders ein­ fach dadurch ermöglicht, daß das dem Master zugehörige Busmo­ dul im bestimmungsgemäßen Betrieb arbeitet, wohingegen das dem Slave zugehörige Busmodul im Standby-Betrieb, d. h. off­ line, ist.

Zweckmäßigerweise ist ein Diagnosemodul zum Aktivieren des Ausgangssignals in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Auto­ matisierungsgeräts vorgesehen. Dabei dient das Diagnosemodul zur Überwachung und/oder Darstellung des Betriebszustands des jeweils zugehörigen Automatisierungsgeräts. D. h. mittels des Diagnosemoduls wird erkannt, ob das zugehörige Automatisie­ rungsgerät fehlerfrei arbeitet. Für den Fall, daß das Automa­ tisierungsgerät gestört ist, wird eine entsprechende Meldung "Störung" dem betreffenden Diagnosemodul zugeführt. In Abhän­ gigkeit von dieser Meldung wird mittels des Diagnosemoduls ein Ausgangssignal aktiviert, welches zu einem Abschalten der Stromversorgung des zugeordneten Busmoduls führt. Eine weite­ re alternative Ausführung besteht darin, daß bei einer redun­ danten Einheit des Datenverkehr mittels desjenigen Busmoduls gesteuert wird, dessen zugehöriges Automatisierungsgerät als Master arbeitet. Das Busmodul, das dem im Betriebszustand "Slave" arbeitenden Automatisierungsgerät zugeordnet ist, ist mittels des Ausgangssignals abgeschaltet.

Beispielsweise ist bei einem redundant ausgeführtem Automati­ sierungssystem, bei dem ein Automatisierungsgerät als Master arbeitet, das zugehörige Ausgangssignal gesetzt und somit das betreffende Busmodul eingeschaltet. Bei einer Störung des Ma­ ster-Automatisierungsgeräts erkennt das Diagnosemodul diesen Fehler und schaltet demzufolge ereignisbedingt das zugehörige Busmodul ab und somit inaktiv. Gleichzeitig wird mittels des dem Slave-Automatisierungsgerät zugehörigen Diagnosemodul das bisher im Standby-Betrieb arbeitende Busmodul eingeschaltet. Nach erfolgter Umschaltung wird dann der Datenverkehr aus­ schließlich mittels des dem Slave-Automatisierungsgerät zuge­ hörigen Busmoduls gesteuert und überwacht. Das dem defekten Master-Automatisierungsgerät zugehörige Busmodul ist vom Da­ tenverkehr und demzufolge vom Bussystem durch Abschaltung der zugehörigen Stromversorgung entkoppelt.

Die zweitgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem bei einem Verfahren zum Betrieb eines Automatisierungssystems mit einer Mehrzahl von Automatisierungsgeräten, die redundant ausgeführt und über ein Bussystem miteinander verbunden sind und denen jeweils ein Busmodul zugeordnet ist, die Stromver­ sorgung des jeweiligen Busmoduls mittels eines Ausgangs­ signals des zugehörigen Automatisierungsgeräts eingeschaltet wird.

Vorteilhafterweise wird das Ausgangssignal in Abhängigkeit vom Betriebszustand des jeweiligen Automatisierungsgeräts ge­ setzt. Dieses Vorgehen ermöglicht in besonders einfacher Art und Weise eine Umschaltung zwischen den Busmodulen des Ma­ ster-Automatisierungsgeräts und/oder des Slave-Automatisie­ rungsgeräts. Hierdurch ist eine mehrfache Übertragung glei­ cher Daten besonders einfach und sicher vermieden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die Figur ein Automa­ tisierungssystem mit einer Mehrzahl von Automatisierungsgerä­ ten.

Das Automatisierungssystem 1 umfaßt eine Mehrzahl von Automa­ tisierungsgeräten 2 und eine Mehrzahl von Teilsystemen 4, die über ein Bussystem 6 miteinander verbunden sind. Zur Steue­ rung des Datenaustauschs zwischen den Automatisierungsgeräten 2 und den Teilsystemen 4 weist sowohl jedes Automatisierungs­ gerät 2 als auch jedes Teilsystem 4 ein zugehöriges Busmodul 8 auf. Mittels des Automatisierungssystems 1 wird eine nicht näher dargestellte technische Anlage, z. B. eine Kraftwerks­ anlage, gesteuert und/oder überwacht. Dazu sind in den Auto­ matisierungsgeräten 2 und/oder Teilsystemen 4 Steuerungs- und Regelungsfunktionen in Form von Softwareprogrammen auf einer jeweils zugehörigen Prozessor-Baugruppe 10, implementiert. Zur Steuerung der Anlage weist jedes Automatisierungsgerät 2 und jedes Teilsystem 4 eine Anzahl von Peripherie-Baugruppen 12 auf. Als Peripherie-Baugruppen 12 dienen beispielsweise digitale und/oder analoge Ein-/Ausgabe-Baugruppen. Zur An­ steuerung des jeweiligen Busmoduls 8 ist dieses mit einem Ausgang 14 einer der Peripherie-Baugruppen 12 des zugehörigen Automatisierungsgeräts 2 oder Teilsystems 4 verbunden. Die von dem jeweiligen Automatisierungsgerät 2 oder Teilsystem 4 zu übertragenden Daten werden über eine Verbindung 16, z. B. eine sogenannte Punkt-zu-Punkt-Kopplung, dem zugehörigen Bus­ modul 8 zugeführt.

Um die Sicherheitsanforderungen und die Zuverlässigkeit des Automatisierungssystems 1 zu gewährleisten, sind die Automa­ tisierungsgeräte 2, sowie die zugehörigen Busmodule 8 redun­ dant oder mehrkanalig ausgeführt.

Bei einem redundant ausgeführten Automatisierungssystem 1 ar­ beitet im bestimmungsgemäßen Betrieb ein Automatisierungsge­ rät 2 als Master und ein weiteres Automatisierungsgerät 2 als Slave. Bedingt durch die bei einem redundanten System in meh­ reren Automatisierungsgeräten 2 synchron ablaufenden identi­ schen Steuerungs- und Regelungsfunktionen liegen gleichzeitig von den betreffenden Automatisierungsgeräten 2 Anforderungen zur Übertragung von gleichen Daten vor.

Um eine derartige redundante Übertragung von gleichen Daten zu vermeiden, wird das zugehörige Busmodul 8 mittels des Aus­ gangs 14 ein- oder ausgeschaltet. Dazu ist ein in der Prozes­ sor-Baugruppe 10 implementiertes Diagnosemodul 18 zur Überwa­ chung des Betriebszustandes des jeweils zugehörigen Automati­ sierungsgeräts 2 vorgesehen. Das Diagnosemodul 18 ermittelt, in welchem Betriebszustand das zugehörige Automatisierungsge­ rät 2 arbeitet, insbesondere ob dieses fehlerfrei arbeitet. D. h. im Normalbetrieb des Automatisierungssystems 1 wird mit­ tels des jeweiligen Diagnosemoduls 18 ermittelt, ob das zuge­ hörige Automatisierungsgerät 2 als Master arbeitet. Bei dem als Master ermittelten Automatisierungsgerät 2 wird der Aus­ gang 14 zum Einschalten des zugeordneten Busmoduls 8 gesetzt. Demgegenüber wird bei den als Slave arbeitenden Automatisie­ rungsgeräten 2 das jeweils zugehörige Busmodul 8 mittels des Ausgangs 14 ausgeschaltet.

Für den Fall, daß eines der Master-Automatisierungsgeräte 2 gestört ist, wird eine entsprechende Meldung "Störung" dem betreffenden Diagnosemodul 18 zugeführt. In Abhängigkeit von dieser Meldung wird mittels des Diagnosemoduls 18 ein Aus­ gangssignal A dem Ausgang 14 zum Ausschalten des zugeordneten Busmoduls 8 zugeführt. Das dem gestörten Master-Automati­ sierungsgerät 2 zugehörige Slave-Automatisierungsgerät 2 wird zur Übernahme der Masterfunktion in den entsprechenden Be­ triebszustand umgeschaltet. Dazu wird mittels des dem Slave- Automatisierungsgerät 2 zugeordneten Diagnosemoduls 18 das Ausgangssignal A zum Einschalten des zugehörigen Busmoduls 8 dem Ausgang 14 zugeführt.

Somit sind in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebszustand des Automatisierungsgeräts 2 diejenigen Busmodule 8 zur Steuerung des Datenverkehrs auf dem Bussystem 6 eingeschaltet, deren jeweils zugehöriges Automatisierungsgerät 2 im bestimmungsge­ mäßen Betrieb als Master und gleichzeitig fehlerfrei arbei­ tet. Die Busmodule 8 derjenigen Automatisierungsgeräte 2, die im Betriebszustand Slave arbeiten oder gestört sind, sind mittels des Ausgangs 14 durch Abschalten der Stromversorgung vom Bussystem 6 entkoppelt. Hierdurch ist ein Datenverkehr über diese Busmodule 8 sicher vermieden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesonde­ re darin, daß durch das Schalten der Stromversorgung der Bus­ module 8 mittels des zugehörigen Automatisierungsgeräts 2 die Menge an zu übertragenden Daten dahingehend reduziert werden kann, daß bei einem redundant ausgeführten Automatisierungs­ system 1 im wesentlichen gleiche Daten nur einmal - nämlich nur die Daten des Master-Automatisierungsgeräts 2 - über das Bussystem 6 übertragen werden. Hierdurch ist eine Überlastung des Bussystems 6 sicher vermieden. Dazu ist bei redundant ausgeführten Automatisierungsgeräten 2 nur jeweils das dem Master-Automatisierungsgerät 2 zugehörige Busmodule 8 aktiv geschaltet.

Claims (4)

1. Automatisierungssystem (1) mit einer Mehrzahl von redun­ dant ausgeführten Automatisierungsgeräten (2), die über ein Bussystem (6) miteinander verbunden sind und denen jeweils ein Busmodul (8) zur Steuerung des Datenaustausches zugeord­ net ist, wobei die Stromversorgung des jeweiligen Busmoduls (8) mittels eines Ausgangssignals (A) des zugehörigen Automa­ tisierungsgeräts (2) ein- oder ausschaltbar ist.

2. Automatisierungssystem (1) nach Anspruch 1, bei dem ein Diagnosemodul (18) zum Setzen oder Rücksetzen des Ausgangs­ signals (A) in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Automati­ sierungsgeräts (2) vorgesehen ist.

3. Verfahren zum Betrieb eines Automatisierungssystems (1) mit einer Mehrzahl von redundant ausgeführten Automatisie­ rungsgeräten (2), die über ein Bussystem (6) miteinander ver­ bunden sind und denen jeweils ein Busmodul (8) zugeordnet ist, wobei die Stromversorgung des jeweiligen Busmoduls (8) mittels eines Ausgangssignals (A) des zugehörigen Automati­ sierungsgeräts (2) ein- oder ausgeschaltet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Ausgangssignal (A) in Abhängigkeit vom Betriebszustand des jeweiligen Automati­ sierungsgeräts (2) gesetzt oder rückgesetzt wird.