DE4125374A1 - Automatisiert arbeitende, mehrere anlagenteile aufweisende, industrielle grossanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine automatisiert arbeitende, mehrere Anlagenteile aufweisende industrielle Großanlage, insbeson­ dere der Grundstoffindustrie, z. B. eine Kokerei, bei der die verschiedenen Anlagenteile, eine Wechselwirkung aufeinander ausübend, ein gemeinsames Automatisierungssystem aufweisen, das Einzelfunktionen ausübende Automatisierungsgeräte besitzt, die über zumindest einen Datenbus miteinander verbunden sind.

Automatisiert arbeitende, mehrere Anlagenteile aufweisende industrielle Großanlagen weisen eine Vielzahl von zusammen­ wirkend zu steuernden und zu regelnden Einzelfunktionen auf, die üblicherweise durch Automatisierungssysteme, z. B. das Simatic S5-System der Siemens AG, überwacht, gesteuert und geregelt werden. Die einzelnen Automatisierungsgeräte tauschen nach dem Stand der Technik entweder Daten direkt untereinander aus oder kommunizieren über ein Bussystem miteinander und einer Leiteinheit, falls die Anlage über eine solche verfügt. Dem Bussystem sind die einzelnen Automatisierungsgeräte über parallele oder häufiger serielle Schnittstellen angeschlossen. Ein entsprechendes System und die hierbei verwendeten Auto­ matisierungsgeräte zeigt z. B. der Prospekt Simatic S5 "Indi­ viduelle Lösungen für jede Automatisierungsaufgabe" der Siemens AG, Best.-Nr. A19100-E81-B552. Auf der Seite "Offene Kommunikation in jeder Automatisierungsebene" sind offene, lokale Bussysteme beispielhaft gezeigt. Derartige Automati­ sierungssysteme sind universell einsetzbar und tragen den Anforderungen an eine teil- oder vollautomatische Fahrweise von Anlagen gut Rechnung. Das Datenmanagement in derartigen Automatisierungssysteme ist jedoch relativ aufwendig und bei Anlagenerweiterungen oder -änderungen müssen Teile der Soft­ ware neu erstellt werden. Häufig ergeben sich bei Änderungen oder Erweiterungen auch Schnittstellenprobleme. Darüber hinaus müssen über die Bussysteme und/oder die Leiteinheit große Datenmengen bewegt werden. Umprogrammierungen sind aufwendig und werden daher häufig aufgeschoben, auch wenn die Notwendig­ keit auf der Hand liegt.

Ein mit frei programmierbaren, autonomen Regelgeräten ausge­ stattetes "Prozeßleitsystem für eine Kokereianlage" ist aus "Haus der Technik", Vortragsveröffentlichungen 485, Verfasser: H. Schmidt-Balve und U. Prüser, Seiten 4 bis 9, bekannt. Hier bilden, siehe insbesondere Bild 3, Sensoren, speicherprogram­ mierbare Steuerungen (SPS) und ein Betriebsleitrechner eine Prozeßebene, eine Datenverarbeitungsebene und eine Leitebene. Auch hier ergibt sich ein erheblicher Datenmanagementaufwand sowie Schnittstellenprobleme. Die vom Leitrechner zu bearbei­ tende Datenmenge ist groß, sein Ausfall oder ein Datenverlust haben schwerwiegende Folgen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine automatisiert arbeitende, mehrere Anlagenteile aufweisende industrielle Großanlage, ins­ besondere der Grundstoffindustrie anzugeben, die automatisie­ rungsgerecht programmtechnisch so weit wie möglich verein­ facht und standardisiert ist und bei der gleichzeitig die vorhandenen Datenbusse und Schnittstellen entlastet werden. Des weiteren soll ein Weiterbetrieb der einzelnen Anlagenteile auch bei Störungen in der Leiteinheit, im Bussystem oder in einer Automatisierungsgruppe möglich sein, ohne daß auf ein aufwendiges, redundantes System zurückgegriffen werden muß.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Automatisierungs­ geräte über lokale Datenübertragungseinheiten zu autark arbeitsfähigen, technisch homogenen Automatisierungsgruppen entsprechend der technologischen Struktur der Anlage zusam­ mengefaßt sind, wobei die lokalen Datenübertragungseinheiten sowohl gruppenrelevante Daten als auch anlagenrelevante Daten übertragen. Die Datenübertragungseinheiten weisen dabei übliche Koppelelemente zu Bussen auf, die die Automatisie­ rungsgerätegruppen miteinander verbinden. Durch die erfin­ dungsgemäße Dezentralisierung mit einfachen und klaren, den Teilaufgaben in einer Anlage anpaßbaren Strukturen, wird die Lösung der Aufgabe vorteilhaft besonders einfach.

Als besondere Vorteile ergeben sich dabei weiterhin, daß eine unabhängige und gleichzeitige Inbetriebnahme der verschiedenen Anlagenteile möglich ist, weiterhin besteht eine deutliche Schnittstellenabgrenzung zu benachbarten und übergeordneten Systemen und die Möglichkeit, kleine und überschaubare, bereichsselektiv optimierte Programme zu verwenden. Erweite­ rungen, Ergänzungen und Änderungen von Teilen der Anlage sind ohne Beeinträchtigung des laufenden Betriebs der Gesamtanlage möglich.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Automa­ tisierungsgeräte zur Software- und Nahtstellenvereinheit­ lichung und -vereinfachung durchgehend als Geräte des gleichen Typs ausgebildet sind. Wenn die Automatisierungsgeräte als Geräte gleichen Typs ausgebildet sind, muß dieser Typ nach den Anforderungen an das am stärksten belastete Einzelgerät ausge­ wählt werden. Hierdurch ergibt sich für die übrigen Geräte eine Überausstattung bezüglich der Hardware, aber es hat sich bei genauer Betrachtung überraschend gezeigt, daß der durch die durchgängige Homogenität der Automatisierungsgeräte erzielte Rationalisierungseffekt die Gesamtkosten der Anlage verringert. Die Vorteile, die eine Anlage mit Automatisierungs­ geräten gleichen Typs bietet, bestehen insbesondere in geringeren Projektierungs- und Inbetriebsetzungskosten, in geringeren Kosten bei der Personalausbildung, in geringerer Kapitalbindung bei der Ersatzteilhaltung, in der Vermeidung von Nahtstellenproblemen und in der einfacheren Wartung. Darüber hinaus enthält die Hardware noch erhebliche Leistungs­ reserven, so daß auch bei Funktionserweiterungen in einzelnen Anlagenteilen keine Hardwareerweiterungen notwendig werden.

Die lokalen Datenübertragungseinheiten werden besonders vor­ teilhaft als Schnittstellenvervielfacher ausgebildet, die als lokale Busse wirkend die Automatisierungsgeräte mit Bussen, z. B. mit einem Hauptbus oder einem Nebenbus, verbinden. So ergibt sich eine besonders vorteilhafte Verbindung der einzelnen Automatisierungsgeräte in den Automatisierungs­ gerätegruppen, mit der Möglichkeit einer direkten, schnellen Kommunikation zwischen den einzelnen Geräten einer Automa­ tisierungsgruppe bei üblicher Koppelung an das Bussystem.

Die Koppelelemente zwischen den Automatisierungsgruppen und den Bussen oder auch bei den Bussen untereinander sind vor­ teilhaft zumindest teilweise datenselektiv wirkend ausgebil­ det, z. B. als intelligente Brücken, insbesondere mit Treiber­ funktion, um Anlagenteile mit großen Datenmengen so weit wie angebracht zu entkoppeln. Hierbei erfolgt die Datenselektion bei lokalen Datenübertragungseinheiten, Nebenbussen und Haupt­ bussen entsprechend dem Anlagenaufbau, wobei die Koppel- bzw. Verbindungselemente die nur für einen Anlagenteil relevanten Signale von anderen Anlageteilen zurückhalten. So ergibt sich eine vorteilhafte Datenübertragungsreduktion, insbesondere in dem Hauptbus.

Die intelligenten Brücken, z. B. die datenselektiv arbeitenden Verbindungselemente sind vorteilhaft als 10 MBit/s Basisband- Netzwerke-Verstärker ausgebildet. So kann vorteilhaft ein ursprünglich zur Busverlängerung entwickeltes, fertiges elek­ tronisches Bauelement (die SINEC Bridge 402 der Siemens AG) verwendet werden, das ebenso wie die bekannten Busse bereits in Anlagen erprobt ist. In neuer Funktion erlaubt eine derartige Brücke eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Automatisierungsstruktur.

Derartige intelligente Brücken bzw. datenselektiv arbeitende Verbindungselemente sind vorteilhaft selbstlernend ausge­ bildet, analysieren die Absenderadressen selbsttätig und übertragen nur Daten, die nicht an Endgeräte des gleichen Teilnetzes adressiert sind. So wird einerseits die Datenmenge in den Bussen und im Betriebsrechner verringert und anderer­ seits gewährleistet, daß alle relevanten Daten die intel­ ligente Brücke passieren können. Dies gilt sowohl für die Daten der Betriebseinheit als auch für die Daten von und zu einem Programmiergerät oder ähnlichem sowie z. B. für die Daten von und zu einer Einheit für die periodische Instandhaltung und Wartung.

Bei einer Kokerei, für die die erfindungsgemäße Automatisie­ rungsstruktur erstmalig entwickelt wurde, da sich hier die kostenmäßigen Vorteile besonders positiv bemerkbar machen, können mehrere Visualisierungs- und Bediengeräte für die einzelnen Automatisierungsgruppen in einem gemeinsamen Leistandsraum zusammengefaßt werden.

Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen näher beschrieben, aus denen weitere Einzelheiten entnehmbar sind.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 die Automatisierungsstruktur einer Kokerei als Beispiel für eine Großanlage.

In Fig. 1 bezeichnet 1 einen Hauptbus und 2 einen Nebenbus, z. B. für die Gasbehandlungs- und Kohlenwertstoffanlage der Kokerei. Die Automatisierungsgeräte der Anlage sind in Gruppen 4-12 zusammengefaßt. In den Automatisierungsgerätegruppen 4, 5, 6 und 7 sind als Beispiel Automatisierungsgeräte 19 schematisch dargestellt. Die Automatisierungsgeräte 19 sind über Schnitt­ stellenvervielfacher oder andere lokale Datenübertragungsein­ heiten über Schnittstellen 16 mit dem Hauptbus 1 bzw. dem Nebenbus 2 verbunden. 8, 9, 10 und 11 bezeichnen beispielhaft einzelne Anlagenteile, die über den Nebenbus 2 zu einer Auto­ matisierungsgruppe zusammengefaßt sind. Diese Struktur empfiehlt sich bei Anlageteilen mit besonders großen Wechsel­ wirkungen untereinander.

Zwischen dem Hauptbus 1 und dem Nebenbus 2 ist eine mit 17 bezeichnete intelligente Brücke angeordnet, die erfindungsgemäß datenselektiv arbeitend, nicht einer Busverlängerung dient, sondern zwei parallele Busse miteinander verbindet. Auch die Schnittstellen 16 können als intelligente Brücken ausgebildet sein, wenn dies aus Gründen der Datenmengen oder aus sonstigen Gründen erforderlich ist.

Zur Vervollständigung weist die Anlage noch zumindest ein Programmiergerät 13, eine Betriebseinheit 14 und eine Einheit für die periodische Instandhaltung und Wartung 15 auf. Dieser Einheit werden auch Daten, symbolisiert durch den Pfeil 20, von außerhalb des Automatisierungssystems zugeführt.

Die Anzahl der Automatisierungsgeräte jeder Automatisierungs­ gerätegruppe 4, 7 und 12 sowie 18 ist, wie bereits schematisch angedeutet, unterschiedlich und der jeweiligen Aufgabe der Automatisierungsgerätegruppe angepaßt. So weist z. B. die für die Behandlung der Einsatzkohle bestimmte Automatisierungs­ gerätegruppe 4 sieben Automatisierungsgeräte auf, die Auto­ matisierungsgruppe 5 für die stationären Aggregate der Koks­ erzeugung zehn Automatisierungsgeräte, die Automatisierungs­ gerätegruppe 6 für die mobilen Aggregate der Kokserzeugung und die zentrale Entstaubung sechzehn Automatisierungsgeräte für zwei Sätze Ofenbedienmaschinen und schließlich die Auto­ matisierungsgruppe 7 für die Kokssieberei acht Automatisie­ rungsgeräte.

Als Automatisierungsgeräte werden z. B. vorteilhaft die größten Automatisierungsgeräte der Simatic-Reihe der Firma Siemens, die Geräte S5-155 U, verwendet. In überraschender Weise ergibt sich trotz der großen Zahl dieser, im obersten Leistungs­ bereich speicherprogrammierbarer Steuerungen angesiedelten Geräte (bei der projektierten Kokerei z. B. über 70 Geräte) insgesamt bei erhöhter Flexibilität eine kostengünstigere Anlagenausführung als wenn individuell den jeweiligen Funk­ tionsanforderungen angepaßte Automatisierungsgeräte, z. B. der Typen 135 U oder 115 U oder noch kleiner, verwendet würden.

Die erfindungsgemäß automatisierte industrielle Großanlage kann nicht nur in der gezeigten Form ausgeführt werden. Für Bereiche mit sicherheitsrelevanten Signalen, z. B. bei Schachtförderanlagen oder Großförderanlagen, oder in der Chemie, kann sich ein getrennter, gegliederter Aufbau mit Automatisierungsgerätegruppen für nicht sicherheitsrelevante Signale und, kleiner ausgebildet und schneller arbeitend, nur für sicherheitsrelevante Signale anbieten. Eine derartige Anlage macht jedoch ebenso von dem Grundgedanken der Erfindung Gebrauch wie eine Anlage mit einer abweichenden Busstruktur.

Claims (14)

1. Automatisiert arbeitende, mehrere Anlagenteile aufweisende, industrielle Großanlage, insbesondere der Grundstoffindustrie, z. B. eine Kokerei, bei der die verschiedenen Anlagenteile, eine Wechselwirkung aufeinander ausübend, ein gemeinsames Automati­ sierungssystem aufweisen, das Einzelfunktionen ausübende Auto­ matisierungsgeräte besitzt, die über zumindest einen Daten­ bus und Koppelelemente miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Automatisierungsgeräte (19) über lokale Datenüber­ tragungseinheiten (3) zu autark arbeitsfähigen, technisch homogenen Automatisierungsgruppen (4-12), entsprechend der technologischen Struktur der Anlage, zusammengefaßt sind, wobei die lokalen Datenübertragungseinheiten (3) sowohl gruppenrelevante Daten als auch anlagenrelevante Daten übertragen.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Automatisierungsgeräte (19) zur Software- und Nahtstellenvereinheitlichung und -vereinfachung durchgehend als Geräte gleichen Typs ausgebildet sind.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lokalen Datenübertragungseinheiten (3) insbesondere als Schnittstellenvervielfacher ausgebildet sind, die als lokale Busse wirkend die Automatisierungsgeräte (19) mit Bussen, z. B. mit einem Hauptbus (1) oder einem Nebenbus (2), verbinden.

4. Anlage nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelelemente zumindest teilweise datenselektiv wirkend ausgebildet sind, z. B. als intelligente Brücken (17), insbesondere mit Treiberfunktion, um Anlagenteile mit großen Datenmengen, falls angebracht, zu entkoppeln.

5. Anlage nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenübertragung über lokale Datenübertragungsein­ heiten (3) und z. B. Nebenbusse (2) und Hauptbusse (1) ent­ sprechend der technologischen Struktur der Anlage erfolgt, wobei datenselektiv arbeitende Verbindungselemente die nur für einen Anlagenteil relevanten Signale von anderen Anlagenteilen zurückhalten.

6. Anlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die intelligenten Brücken (17) bzw. die datenselektiv arbeitenden Verbindungselemente, z. B. als 10 MBit/s-Basis­ band-Netzwerke-Verstärker ausgebildet sind.

7. Anlage nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die intelligenten Brücken (17) bzw. die datenselektiv arbeitenden Verbindungselemente selbstlernend ausgebildet sind, die Absenderadressen selbsttätig analysieren und nur Datenpakete übertragen, die nicht an Endgeräte des gleichen Teilnetzes adressiert sind.

8. Anlage nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie zumindest ein Programmiergerät (13) und ein Gerät (15) für die periodische Instandhaltung und Wartung sowie vorzugsweise eine Leiteinheit (14) aufweist, die über Busschnittstellen (16), insbesondere nicht datenselektive Schnittstellen, mit dem Hauptverbindungsbus (1) verbunden sind.

9. Anlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Kokerei mit Gasbehandlungs- und Kohlenwert­ stoffanlage (18) diese Anlagenteile (18) für ihre Auto­ matisierungsgeräte einen gemeinsamen Nebenbus (4) aufweisen, der durch eine intelligente Brücke (17) mit dem Hauptbus (1) verbunden ist.

10. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Kokerei jeweils die Kokssieberei, die Kokserzeu­ gung mobil, die Kokserzeugung stationär und der Einsatzkohle­ bereich ebenso wie die Kokskühlanlage jeweils als Automati­ sierungsgruppen (4-7, 12) zusammengefaßt sind und Schnitt­ stellenvervielfacher aufweisen, die als lokale Busse (3) für die Einzelautomatisierungsgeräte (19) wirken.

11. Anlage nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Automatisierung der Einzelfunktionen der Anlagenteile einer Großanlage autarke Gruppen von, insbesondere durchgehend gleich ausgebildeten, mit gleicher Software arbeitenden, Automatisierungsgeräten verwendet werden, die z. B. als sogenannte speicherprogrammierbare Steuerungen ausgebildet sind und wobei innerhalb und zwischen den Automatisierungs­ gruppen (4-12) Daten direkt ausgetauscht werden.

12. Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung von Einzelbussen, vorzugsweise intelligente Brücken mit Sperrfunktionen für nur im jeweiligen Bussystem benötigte Daten verwendet werden.

13. Anlage nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung von einzelnen Automatisierungsgeräten Schnittstellenvervielfacher verwendet werden, die als lokale Busse wirken.

14. Anlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie Leitstände mit Visualisierungsgeräten für mehrere Anlageteile aufweist, die mit Datenübertragungseinheiten gekoppelt sind und gegebenenfalls räumlich in einem gemeinsamen Leitstandsraum zusammengefaßt werden.