DE4125374C2 - Automatisiert arbeitende, mehrere Anlagenteile aufweisende Kokerei - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine automatisiert arbeitende, mehrere Anlagenteile aufweisende Kokerei mit Gasbehandlungs- und Koh­ lenwertstoffanlage und weiteren Anlageteilen, wie Kokssiebe­ rei, Kokserzeugung mobil, Kokserzeugung stationär, Einsatzkoh­ lebereich und Kokskühlanlage, wobei die verschiedenen Anlagen­ teile, die eine Wechselwirkung aufeinander ausüben, ein ge­ meinsames Automatisierungssystem aufweisen, das Einzelfunktio­ nen ausübende Automatisierungsgeräte besitzt, die über zumin­ dest einen Datenbus und Koppelelemente 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 ge­ regelt werden. Die einzelnen Automatisierungsgeräte tauschen nach dem Stand der Technik entweder Daten direkt untereinander aus oder kommunizieren über ein Bussystem miteinander und ei­ ner Leiteinheit, falls die Anlage über eine solche verfügt. An dem Bussystem sind die einzelnen Automatisierungsgeräte über parallele oder häufiger serielle Schnittstellen angeschlossen. Ein entsprechendes System und die hierbei verwendeten Automa­ tisierungsgeräte zeigt z. B. der Prospekt Simatic S5 "Indivi­ duelle Lösungen für Dede Automatisierungsaufgabe" der Siemens AG, Best.-Nr. A19100-E81-B552. Auf der Seite "Offene Kommuni­ kation in jeder Automatisierungsebene" sind offene, lokale Bussysteme beispielhaft gezeigt. Derartige Automatisierungs­ systeme sind universell einsetzbar und tragen den Anforderun­ gen an eine teil- oder vollautomatische Fahrweise von Anlagen gut Rechnung. Das Datenmanagement in derartigen Automatisie­ rungssystemen ist jedoch relativ aufwendig und bei Anlagener­ weiterungen oder -änderungen müssen Teile der Software neu er­ stellt werden. Häufig ergeben sich bei Änderungen oder Erwei­ terungen 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 Notwendigkeit 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 Kokerei anzugeben, die auto­ matisierungsgerecht programmtechnisch so weit wie möglich ver­ einfacht und standardisiert ist und bei der gleichzeitig die vorhandenen Datenbusse und Schnittstellen entlastet werden. Desweiteren 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 Automatisierungsge­ räte entsprechend der technologischen Struktur der Anlage zu einzeln autonom arbeitsfähigen Automatisierungsgruppen für die einzelnen Anlagenteile zusammengefaßt sind, innerhalb derer jedes Automatisierungsgerät selbständig die jeweils zugeord­ nete Einzelfunktion durchführt, daß die Automatisierungsgeräte innerhalb der Automatisierungsgruppen direkt Daten untereinan­ der austauschend jeweils über eine lokale Datenübertragungs­ einheit miteinander verbunden sind und daß die lokalen Daten­ übertragungseinheiten zum direkten Datenaustausch zwischen Au­ tomatisierungsgeräten unterschiedlicher Automatisierungsgrup­ pen über zumindest teilweise datenselektiv wirkende Koppelele­ mente an dem Datenbus angeschlossen sind, der aus einem Neben­ bus für die Gasbehandlungs- und Kohlenwertstoffanlage und ei­ nem mit dem Nebenbus über ein weiteres Koppelelement verbunde­ nen Hauptbus für die übrigen Anlagenteile besteht.

Durch die erfindungsgemäße Dezentralisierung mit einfachen und klaren, den Teilaufgaben in einer Anlage anpaßbaren Struktu­ ren, wird die Lösung der Aufgabe vorteilhaft besonders ein­ fach. Als besondere Vorteile ergeben sich dabei weiterhin, daß eine unabhängige und gleichzeitige Inbetriebnahme der ver­ schiedenen Anlagenteile möglich ist, weiterhin besteht eine deutliche Schnittstellenabgrenzung zu benachbarten und überge­ ordneten Systemen und die Möglichkeit, kleine und überschau­ bare, bereichsselektiv optimierte Programme zu verwenden. Er­ weiterungen, Ergänzungen und Änderungen von Teilen der Anlage sind ohne Beeinträchtigung des laufenden Betriebs der Gesamt­ anlage möglich.

Die Koppelelemente zwischen den Automatisierungsgruppen und dem Datenbus sowie zwischen dem Haupt- und Nebenbus sind zu­ mindest teilweise datenselektiv wirkend ausgebildet, z. B. als intelligente Brücken, insbesondere mit Treiberfunktion, um An­ lagenteile mit großen Datenmengen so weit wie angebracht zu entkoppeln. Hierbei erfolgt die Datenselektion bei den lokalen Datenübertragungseinheiten, dem Nebenbus und dem Hauptbus ent­ sprechend dem Anlagenaufbau, wobei die Koppelelemente die nur für einen Anlagenteil relevanten Signale von anderen Anlage­ teilen zurückhalten. So ergibt sich eine vorteilhafte Daten­ übertragungsreduktion, insbesondere in dem Hauptbus.

Die lokalen Datenübertragungseinheiten werden besonders vor­ teilhaft unselektiv wirkend als Schnittstellenvervielfacher ausgebildet, die als lokale Busse wirkend die Automatisie­ rungsgeräte mit dem Datenbus, also dem Hauptbus oder dem Ne­ benbus, verbinden. So ergibt sich eine besonders vorteilhafte Verbindung der einzelnen Automatisierungsgeräte in den Auto­ matisierungsgerätegruppen, mit der Möglichkeit einer direkten, schnellen Kommunikation zwischen den einzelnen Geräten einer Automatisierungsgruppe bei üblicher Koppelung an das Bussy­ stem.

Die datenselektiv arbeitenden Koppelelemente sind vorteilhaft als 10 MBit/s-Basisband-Netzwerke-Verstärker ausgebildet. So kann vorteilhaft ein ursprünglich zur Busverlängerung entwic­ keltes, fertiges elektronisches Bauelement (die SINEC Bridge 402 der Siemens AG) verwendet werden, das ebenso wie die be­ kannten Busse bereits in Anlagen erprobt ist.

Derartige intelligente Brücken bzw. datenselektiv arbeitende Koppelelemente sind vorteilhaft selbstlernend ausgebildet, analysieren die Absenderadressen selbsttätig und übertragen nur Daten, die nicht an Automatisierungsgeräte des sendersei­ tigen Anlagenteils adressiert sind. So wird einerseits die Da­ tenmenge in den Bussen und im Betriebsrechner verringert und andererseits gewährleistet, daß alle relevanten Daten die in­ telligente 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.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Automa­ tisierungsgeräte zur Software- und Nahtstellenvereinheitli­ chung und -vereinfachung durchgehend als Geräte des gleichen Typs ausgebildet sind. Wenn die Automatisierungsgeräte als Ge­ räte 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 ei­ ne Überausstattung bezüglich der Hardware, aber es hat sich bei genauer Betrachtung überraschend gezeigt, daß der durch die durchgängige Homogenität der Automatisierungsgeräte er­ zielte Rationalisierungseffekt die Gesamtkosten der Anlage verringert. Die Vorteile, die eine Anlage mit Automatisie­ rungsgeräten gleichen Typs bietet, bestehen insbesondere in geringeren Projektierungs- und Inbetriebsetzungskosten, in ge­ ringeren Kosten bei der Personalausbildung, in geringerer Ka­ pitalbindung bei der Ersatzteilhaltung, in der Vermeidung von Nahtstellenproblemen und in der einfacheren Wartung. Darüber hinaus enthält die Hardware noch erhebliche Leistungsreserven, so daß auch bei Funktionserweiterungen in einzelnen Anla­ genteilen keine Hardwareerweiterungen notwendig werden.

Bei der erfindungsgemäßen Kokerei können mehrere Visualisie­ rungs- und Bediengeräte für die einzelnen Automatisierungs­ gruppen in einem gemeinsamen Leistandsraum zusammengefaßt wer­ den.

Die Erfindung wird anhand von einer Zeichnung näher beschrie­ ben, aus der weitere Einzelheiten entnehmbar sind.

Im einzelnen zeigt die einzige Figur der Zeichnung ein Bei­ spiels für die Automatisierungsstruktur der erfindungsgemäßen Kokerei. Dabei bezeichnet 1 einen Hauptbus und 2 einen Neben­ bus für die Gasbehandlungs- und Kohlenwertstoffanlage 18 der Kokerei. Die Automatisierungsgeräte der Anlage sind in Gruppen 4 bis 12 zusammengefaßt. In den Automatisierungsgerätegruppen 4, 5, 6 und 7 sind als Beispiel Automatisierungsgeräte 19 sche­ matisch dargestellt. Die Automatisierungsgeräte 19 sind über Schnittstellenvervielfacher oder andere lokale Datenübertra­ gungseinheiten 3 untereinander und über Koppelelemente 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 Automatisierungsgruppe zusammengefaßt sind. Diese Struktur empfiehlt sich bei Anlageteilen mit be­ sonders großen Wechselwirkungen untereinander.

Zwischen dem Hauptbus 1 und dem Nebenbus 2 ist ein mit 17 be­ zeichnetes weiteres Koppelelement in Form einer intelligenten Brücke angeordnet, die datenselektiv arbeitend, nicht einer Busverlängerung dient, sondern zwei parallele Busse miteinan­ der verbindet. Auch die Koppelelemente 16 können als intelli­ gente Brücken ausgebildet sein, wenn dies aus Gründen der Da­ tenmengen oder aus sonstigen Gründen erforderlich ist.

Zur Vervollständigung weist die Automatisierungsstruktur 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 bis 7 und 12 sowie 18 ist, wie bereits schema­ tisch angedeutet, unterschiedlich und der jeweiligen Aufgabe der Automatisierungsgerätegruppe angepaßt. So weist z. B., die für die Behandlung der Einsatzkohle bestimmte Automatisie­ rungsgerätegruppe 4 sieben Automatisierungsgeräte auf, die Automatisierungsgruppe 5 für die stationären Aggregate der Kokserzeugung zehn Automatisierungsgeräte, die Automatisie­ rungsgerätegruppe 6 für die mobilen Aggregate der Kokserzeu­ gung und die zentrale Entstaubung sechzehn Automatisierungsge­ räte für zwei Sätze Ofenbedienmaschinen und schließlich die Automatisierungsgruppe 7 für die Kokssieberei acht Automati­ sierungsgeräte.

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 Leistungsbe­ reich speicherprogrammierbarer Steuerungen angesiedelten Gerä­ te (bei der projektierten Kokerei z. B. über 70 Geräte) insge­ samt bei erhöhter Flexibilität eine kostengünstigere Anla­ genausführung als wenn individuell den jeweiligen Funktionsan­ forderungen angepaßte Automatisierungsgeräte, z. B. der Typen 135 U oder 115 U oder noch kleiner, verwendet würden.

Claims (6)

1. Automatisiert arbeitende, mehrere Anlagenteile aufweisende Kokerei mit Gasbehandlungs- und Kohlenwertstoffanlage (18) und weiteren Anlageteilen, wie Kokssieberei, Kokserzeugung mobil, Kokserzeugung stationär, Einsatzkohlebereich und Kokskühlanlage, wobei die verschiedenen Anlagenteile, die eine Wechselwirkung aufeinander ausüben, ein gemeinsames Au­ tomatisierungssystem aufweisen, das Einzelfunktionen aus­ übende Automatisierungsgeräte besitzt, die über zumindest einen Datenbus und Koppelelemente untereinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Automatisierungsgeräte (19) entsprechend der techno­ logischen Struktur der Anlage zu einzeln autonom arbeitsfä­ higen Automatisierungsgruppen (4-12) für die einzelnen An­ lagenteile zusammengefaßt sind, innerhalb derer jedes Auto­ matisierungsgerät (19) selbständig die jeweils zugeordnete Einzelfunktion durchführt, daß die Automatisierungsgeräte (19) innerhalb der Automatisierungsgruppen (4-12) direkt Daten untereinander austauschend jeweils über eine lokale Datenübertragungseinheit (3) miteinander verbunden sind und daß die lokalen Datenübertragungseinheiten (3) zum direkten Datenaustausch zwischen Automatisierungsgeräten (19) unter­ schiedlicher Automatisierungsgruppen (4-12) über zumindest teilweise datenselektiv wirkende Koppelelemente (16) an dem Datenbus (1, 2) angeschlossen sind, der aus einem Nebenbus (2) für die Gasbehandlungs- und Kohlenwertstoffanlage (18) und einem mit dem Nebenbus (2) über ein weiteres Koppelele­ ment (17) verbundenen Hauptbus (1) für die übrigen Anlagen­ teile besteht.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lokale Datenübertragungseinheit (3) unselektiv wir­ kend als schnittstellenvervielfacher ausgebildet ist.

3. Kokerei nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die datenselektiv arbeitenden Koppelelemente (16, 17) als 10 MBit/s-Basisband-Netzwerke-Verstärker ausgebildet sind.

4. Kokerei nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die datenselektiv arbeitenden Koppelelemente (16, 17) selbstlernend ausgebildet sind, die Absenderadressen selbst­ tätig analysieren und nur Daten übertragen, die nicht an Au­ tomatisierungsgeräte (19) des senderseitigen Anlagenteils adressiert sind.

5. Kokerei nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Programmiergerät (13), ein Gerät (15) für die periodische Instandhaltung und Wartung sowie vorzugswei­ se eine Leiteinheit (14) vorgesehen sind, die über Bus­ schnittstellen (16), insbesondere nichtdatenselektive Schnittstellen, mit dem Datenbus (1) verbunden sind.

6. Kokerei nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Automatisierungsgeräte (19) zur Software- und Naht­ stellenvereinheitlichung und -Vereinfachung durchgehend als Geräte gleichen Typs ausgebildet sind.