DE4127531A1 - Automation system for industrial processing industry - controls drive systems via transmission link to maintain high level of synchronisation - Google Patents

Automation system for industrial processing industry - controls drive systems via transmission link to maintain high level of synchronisation

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Abstract

An industrial process handling raw material e.g. by a rolling mill, has a pair of drive motors (3,4) each with drive stages (1,2) coupled to the bus (6) via a control stage (9). Data can be handled either input or output via a second stage (8). The drives can be operated in a synchronised mode via a remote link (13) that connects a transmitter (11) to a receiver (12). Typically, the signals are in the form of pulses transmitted by a synchronising device. The pulses are generated at relatively high frequency and the link may be i.r. transmission. ADVANTAGE - Allows rapid sequential synchronised operation to be obtained via bus.

Description

Die Erfindung betrifft ein Automatisierungssystem für Anlagen der Grundstoff- oder verarbeitenden Industrie, insbesondere Walzwerke, bei dem Elemente des Systems, wie untergeordnete Automatisierungsgeräte, Regler, Antriebe, Stellelemente etc. über zumindest ein Bussystem miteinander und mit einer Leiteinheit verbunden sind und wobei dem Bussystem von einem zentralen Zeitgeber ein Zeittakt aufgegeben wird.The invention relates to an automation system for systems the basic material or processing industry, in particular Rolling mills, where elements of the system, such as subordinate Automation devices, controllers, drives, control elements etc. via at least one bus system with each other and with one Control unit are connected and the bus system of one central clock a time clock is given up.

In Anlagen der Grundstoff- oder verarbeitenden Industrie laufen z. T. sehr schnelle, zeitlich genau aufeinander abge­ stimmte, Vorgänge ab. Die Reihenfolge und die Steuer- und Regelgrößen der Prozeßvorgänge werden über ein Bussystem aufgegeben, das zur zeitlichen Zuordnung der Einzelvorgänge auch einen Zeittakt übermittelt. Diese Zeittaktübermittlung reicht in der Regel aus, um die Anlagen zufriedenstellend zu steuern und zu regeln. Seine Genauigkeit reicht jedoch nicht aus, um extrem zeitkritische Daten zu übermitteln und/oder um die in räumlich verteilten Trace-Puffern gesammelten und periodisch oder ereignisgetriggert (z. B. nach Störungen) abge­ fragten Daten zeitlich exakt in Bezug aufeinander und auf die Steuer- und Regelsignale einordnen zu können.In plants of the basic material or processing industry run z. T. very fast, precisely timed to each other voted, operations. The order and the tax and Process variables are controlled via a bus system abandoned, that for the time allocation of the individual processes also transmitted a time clock. This timing transmission is usually sufficient to satisfactorily close the systems control and regulate. However, its accuracy is not sufficient to transmit extremely time-critical data and / or around the collected in spatially distributed trace buffers and periodically or event-triggered (e.g. after faults) asked data exactly in time in relation to each other and to the To be able to classify control and regulation signals.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Automatisierungssystem für Anlagen der Grundstoff- oder verarbeitenden Industrie mit schnell aufeinanderfolgenden Vorgängen, u. a. mit laufenden Regleradaptionen anzugeben, das eine genaue Verhaltenszuord­ nung zu den getroffenen Maßnahmen, z. B. im Mikrosekunden­ bereich, zumindest aber in 1 bis 2 Millisekunden, ermöglicht. Insbesondere die nicht bevorrechtigt vom Bussystem über­ mittelten Größen aus Trace-Puffern etc. sollen eindeutig zeitlich zueinander zuordenbar sein.It is an object of the invention to provide an automation system for Plants of the basic material or processing industry with quickly successive processes, u. a. with ongoing Regulator adaptations indicate that an exact behavior assignment on the measures taken, e.g. B. in microseconds range, but at least in 1 to 2 milliseconds. In particular, those not privileged by the bus system  Average sizes from trace buffers etc. should be unique be temporally assignable to each other.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß untergeordnete Automa­ tisierungsgeräte, Regler, Antriebe, Stellelemente etc. zusätzlich individuelle Zeittaktgeber aufweisen, die, vor­ zugsweise periodisch, über eine vom Bussystem unabhängige Übertragungsstrecke synchronisiert werden.The task is solved in that subordinate Automa tization devices, controllers, drives, control elements etc. additionally have individual timers that, before preferably periodically, via an independent of the bus system Transmission path can be synchronized.

Aus der Zeitschrift etz, Band 111 (1990), Heft 18, Seiten 942-946 ist es durch den Artikel "Leitungslos schalten mit Infrarotlicht" bekannt, Schaltsysteme für die elektrische Installationstechnik mit Infrarot-Signal-Übertragungsstrecken auszuführen. Die hier beschriebenen Anordnungen sind jedoch nicht geeignet, die einzelnen Elemente eines Automatisierungs­ systems für Anlagen der Grundstoff- oder verarbeitenden Industrie mit ausreichender Genauigkeit zu synchronisieren.From the magazine etz, volume 111 (1990), number 18, pages 942-946 it is through the article "Switch wireless with Infrared light "known, switching systems for the electrical Installation technology with infrared signal transmission links to execute. However, the arrangements described here are not suitable the individual elements of an automation systems for basic or processing plants Synchronize industry with sufficient accuracy.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Synchronisation durch einen vom zentralen Zeitgeber abge­ gebenen Synchronisierungsimpuls erfolgt. Diese Technik, die unter Verwendung von Sekunden- oder Minutenimpulsen aus der Synchronisation von z. B. Normaluhren bekannt ist, kann bei Ausnutzung einer Impulsflanke vorteilhaft für eine genaue, im Mikrosekundenbereich liegende, periodische Synchronisierung der einzelnen Taktgeber sorgen. Die einzelnen Taktgeber sind vorteilhaft als Oszillatoren ausgebildet, die zwischen den einzelnen, z. B. im 10 Sekunden- oder Minutentakt ausgesendeten Synchronisierungsimpulsen, vernachlässigbar kleine Abwei­ chungen für die zeitliche Zuordnung der im Bussystem mit Zeit­ verzögerung übertragenen Signale aufweisen.In an embodiment of the invention it is provided that the Synchronization by a remote from the central timer given synchronization pulse takes place. This technique that using seconds or minutes pulses from the Synchronization of z. B. normal clocks is known can Exploitation of a pulse edge advantageous for an accurate, in Periodic synchronization in the microsecond range of the individual clocks worry. The individual clocks are advantageously designed as oscillators between the individual, e.g. B. every 10 seconds or minutes Synchronization impulses, negligible deviation for the temporal assignment of time in the bus system delay transmitted signals.

Die Übertragungsstrecke für die Synchronisierungsimpulse wird aus Gründen der Störsicherheit vorteilhaft leitungslos ausge­ bildet und mit Infrarotlicht, das durch LED′s erzeugt wird, betrieben. So ergibt sich ein kostengünstig arbeiten­ des, mit Standardbauelementen versehbares Synchronisierungs­ system, das gegenüber HF-Übertragungsstrecken wesentlich störungsärmer betrieben werden kann. Auch eine Ausführung mit Infrarot-Stroboskopen ist möglich.The transmission path for the synchronization pulses is for reasons of interference immunity, advantageously wired out forms and with infrared light, which is generated by LEDs,  operated. This results in an inexpensive work of the synchronization, which can be provided with standard components system that is essential compared to HF transmission links can be operated with less interference. Also an execution with infrared stroboscopes is possible.

Auch die Erzeugung der Synchronisierungsimpulse durch einen Infrarotlaser ist möglich. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn größere Übertragungsstrecken zu überbrücken und Störungen zu erwarten sind. Bei zu erwartenden Störungen arbeitet man vorteilhaft mit dem Aussenden von Mehrfachimpulsen, z. B. in Form von Impulsgruppen.The generation of the synchronization pulses by one Infrared laser is possible. This is particularly advantageous when bridging larger transmission links and interference are to be expected. One works with expected disturbances advantageous with the emission of multiple pulses, e.g. B. in Form of impulse groups.

Bei der Anordnung der einzelnen Elemente des Automatisierungs­ systems in verschiedenen Räumen wird vorteilhaft ein Overlay- Netz, insbesondere ein Glasfaser-Overlay-Netz, verwendet, das z. B. durch einen Infrarotlaser mit den Synchronisierungs­ impulsen versorgt wird. Als Empfangselemente für die Über­ tragungsstrecken sind Fotoelemente, insbesondere Fotodioden geeignet.When arranging the individual elements of the automation systems in different rooms, an overlay Network, in particular an optical fiber overlay network, used e.g. B. by an infrared laser with the synchronization impulses is supplied. As reception elements for the Über Transmission lines are photo elements, especially photo diodes suitable.

Für die Ansteuerungsschaltung werden vorteilhaft einfache Schaltungsanordnungen verwendet, wobei die Ansteuerungs­ schaltung vorzugsweise auf einer gemeinsamen Platine mit den Sendeelementen, z. B. LED′s in Gruppen zusammengefaßt, vereinigt wird. So ergeben sich bei der Ansteuerung besonders kurze Übertragungswege.For the control circuit advantageously simple Circuitry used, the control circuit preferably on a common board with the Transmission elements, e.g. B. LED's grouped together, is united. This results particularly in the control short transmission paths.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nach­ folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles und in Verbindung mit den Unteransprüchen. Im einzelnen zeigtFurther advantages and details emerge from the following description of an embodiment and in Connection with the subclaims. In detail shows

Fig. 1 ein vereinfachtes und schematisiertes Anlagen- Bussystem mit zusätzlicher Synchronisierungsimpuls- Übertragungsstrecke und Fig. 1 shows a simplified and schematic system bus system with additional synchronization pulse transmission path and

Fig. 2 ein Blockschaltbild des prinzipiellen Aufbaus der Elemente der Übertragungsstrecke. Fig. 2 is a block diagram of the basic structure of the elements of the transmission link.

In Fig. 1 bezeichnet 1 einen ersten Antrieb und 2 einen weiteren Antrieb in einer Anlage der Grundstoff- oder verar­ beitenden Industrie, z. B. in einem Walzwerk. Die beiden Antriebe sind mit den Motoren 3 und 4 verbunden. Die Steuerung und Regelung der Antriebe 1 und 2 erfolgt durch die zentrale Leiteinheit 5 über den Datenbus 6, z. B. einen H1-Bus der Anmelderin. Dem Datenbus 6 wird über eine, beispielhaft als separate Einheit gezeigte, Uhr 7 ein Zeittakt aufgegeben und den beiden Automatisierungsgeräten 8 und 9 in bekannter Weise zugeführt. In das Automatisierungsgerät 8 werden weiterhin über eine Eingabe-Ausgabe-Einheit 10 Daten aus der Anlage eingegeben.In Fig. 1, 1 designates a first drive 2 and a further drive in a plant of the basic materials or verar processing industry, for example. B. in a rolling mill. The two drives are connected to motors 3 and 4 . The control and regulation of the drives 1 and 2 is carried out by the central control unit 5 via the data bus 6 , for. B. an H1 bus from the applicant. A time clock is given to the data bus 6 via a clock 7, shown as an example as a separate unit, and supplied to the two automation devices 8 and 9 in a known manner. Data from the system are also input into the automation device 8 via an input / output unit 10 .

Der Sender 11 überträgt über die Übertragungsstrecke 13, erfindungsgemäß leiterlos, die Synchronisierungsimpulse, die ihm von der Uhr 7 vorteilhaft direkt aufgegeben werden, auf einen oder mehrere Empfänger 12, die diese unmittelbar an die Antriebe 1 und 2 mit ihren individuellen Zeittaktgebern weiterleiten. Die einzelnen Zeittaktgeber an den Elementen einer Anlage werden so vorteilhaft unmittelbar synchronisiert und erlauben eine einwandfreie Zuordnung der an den Antrieben 1 und 2 oder an anderen Anlagenelementen gesammelten Daten mit einem eindeutigen Bezug auf die jeweiligen steuer- und regel­ technischen Maßnahmen.The transmitter 11 transmits via the transmission link 13 , according to the invention without a conductor, the synchronization pulses, which are advantageously given directly by the clock 7 , to one or more receivers 12 , which transmit them directly to the drives 1 and 2 with their individual time generators. The individual time clocks on the elements of a system are thus advantageously synchronized immediately and permit a correct assignment of the data collected on the drives 1 and 2 or on other system elements with a clear reference to the respective control measures.

In Fig. 2 bezeichnet 15 einen Schaltungspunkt, in dem das Signal der Uhr mit einem bei Bedarf eingekoppelten Test- Impulssignal aus der Einheit 14, zusammengeführt und einer Normierungseinheit 16 aufgegeben wird. Aus der Normierungs­ einheit 16 gelangt das Zeitimpulssignal in den IR-Synchroni­ sierungsimpulsauslöser 17. Über die Übertragungsstrecke 22, die wie gezeigt leiterlos, in Sonderfällen aber auch in LWL-Technik ausgeführt werden kann, gelangt das IR-Synchro­ nisierungsimpulssignal in den Empfänger 18 und dann in eine Impulsverlängerungseinheit 19. Aus der Impulsverlängerungs­ einheit 19 gelangt der Impuls in eine Einheit 20, in der der Impuls zur Synchronisation der einzelnen Zeittaktgeber, z. B. an den Antrieben, verwendet wird. Zur Kontrolle ist noch ein Handgerät 21 vorgesehen, das optisch oder akustisch anzeigt, ob am vorgesehenen Empfangsort Übertragungsimpulse empfangen werden können. Das Gerät 21 enthält dafür einen dem Empfänger 18 und der Impulsverlängerunseinheit 19 entsprechende Schaltung. Für den Betrieb des Handgeräts 21 wird vorteilhaft das Signal des Gerätes 14, das mit relativ hoher Pulsfrequenz arbeitet, auf den Schaltungspunkt 15 aufgegeben, so daß die Übertragung bei laufender Anzeige kontrolliert werden kann.In FIG. 2, 15 denotes a circuit point in which the signal of the clock is combined with a test pulse signal from unit 14 , which is coupled in if necessary, and a standardization unit 16 is given up. From the normalization unit 16 , the time pulse signal arrives in the IR synchronization pulse trigger 17 . Via the transmission path 22 , which can be carried out as shown without a conductor, in special cases but also in fiber optic technology, the IR synchronization pulse signal arrives in the receiver 18 and then in a pulse extension unit 19 . From the pulse extension unit 19 , the pulse arrives in a unit 20 in which the pulse for synchronization of the individual timers, for. B. is used on the drives. A handheld device 21 is also provided for checking purposes, which visually or acoustically indicates whether transmission pulses can be received at the intended receiving location. For this purpose, the device 21 contains a circuit corresponding to the receiver 18 and the pulse extension unit 19 . For the operation of the hand-held device 21 , the signal from the device 14 , which operates at a relatively high pulse frequency, is advantageously applied to the switching point 15 , so that the transmission can be checked while the display is running.

Die einzelnen Teile von Sender und Empfänger können z. B. in herkömmlicher Technik ausgeführt werden. Dann weist das Netzteil des Senders einen Transformator mit Mittelan­ zapfung auf, der über Gleichrichter Glättungskondensatoren als Energiespeicher versorgt. Die Kondensatoren werden bei einem Impuls auf das Gate des Transistors über die Dioden entladen. So lösen sie den Synchronisierungsimpuls aus.The individual parts of the transmitter and receiver can, for. B. in conventional technology. Then that points Power supply of the transmitter a transformer with Mittelan tap on the rectifier as smoothing capacitors as Energy storage supplied. The capacitors are at one Discharge pulse to the gate of the transistor through the diodes. This is how they trigger the synchronization pulse.

Als Empfängerelement wird vorteilhaft z. B. eine PIN-Fotodiode verwendet, die sich durch kurze Schaltzeiten und eine hohe Fotoempfindlichkeit auszeichnet. Durch eine Einkopplung des Signals über einen Kondensator wird nur der Impuls ausgewertet und Störungen, wie sie durch Leuchtstoffröhren und den Infrarotanteilen des Sonnenlichts hervorgerufen werden können, herausgefiltert. Dabei wird eine Transistorschaltung mit Basisspannungsteiler als elektronischer Schalter eingesetzt. Bei dieser bewirkt der Impuls der Diode am Basis-Emitter­ widerstand einen Spannungsabfall, der den Transistor durch­ schaltet. Der Spannungsabfall am Kollektorstrom triggert über einen z. B. CMOS-Treiberbaustein die Kippstufe. Der empfangene Impuls wird beim Testempfänger über eine LED angezeigt. As a receiver element is advantageous z. B. a PIN photodiode used, which is characterized by short switching times and a high Distinguishes photosensitivity. By coupling the Signal via a capacitor, only the pulse is evaluated and interference such as that caused by fluorescent tubes and the Infrared components of sunlight can be caused filtered out. A transistor circuit is used Base voltage divider used as an electronic switch. The pulse of the diode on the base emitter causes this withstood a voltage drop that passed through the transistor switches. The voltage drop at the collector current triggers a z. B. CMOS driver block the flip-flop. The received one The pulse is displayed on the test receiver via an LED.  

Die vorstehende Erfindung ist insbesondere für die bei Walz­ werken anfallenden Datenmengen und die sehr kurzen Zeiten zwischen den einzelnen Regel- und Adaptionsvorgängen ent­ wickelt worden. Es versteht sich aber, daß die Erfindung auch bei anderen industriellen Prozessen mit vergleichbaren Voraus­ setzungen eingesetzt werden soll. Dabei wird je nach Aufgabe, der Länge der Übertragungsstrecken etc., die Art der Ansteue­ rung und Übertragung variiert und angepaßt.The above invention is particularly for those at Walz amount of data and the very short times between the individual control and adaptation processes been wrapped. However, it is understood that the invention also in other industrial processes with comparable advance settlement should be used. Depending on the task, the length of the transmission links etc., the type of control tion and transmission varied and adapted.

Claims (14)

1. Automatisierungssystem für Anlagen der Grundstoff- oder verarbeitenden Industrie, insbesondere Walzwerke, bei dem Elemente des Systems, wie Regler, Antriebe, Stellelemente etc. über zumindest ein Bussystem miteinander und mit einer Leit­ einheit verbunden sind und wobei dem Bussystem von einem zentralen Zeitgeber ein Zeittakt aufgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß Auto­ matisierungsgeräte (8, 9), Regler, Antriebe (1, 2), Stell­ elemente etc. zusätzlich individuelle Zeittaktgeber aufweisen, die, vorzugsweise periodisch, über eine vom Bussystem (6) unabhängige Übertragungsstrecke (13) synchronisiert werden.1. Automation system for systems of the basic material or processing industry, in particular rolling mills, in which elements of the system, such as controllers, drives, control elements, etc. are connected to one another and to a control unit via at least one bus system, and the bus system is a central timer Timing is given up, characterized in that automation devices ( 8 , 9 ), controllers, drives ( 1 , 2 ), actuating elements etc. additionally have individual timers which, preferably periodically, via a transmission path ( 13 ) which is independent of the bus system ( 6 ) ) be synchronized. 2. Automatisierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisation durch einen vom zentralen Zeitgeber (7) abgegebenen Synchronisie­ rungsimpuls erfolgt.2. Automation system according to claim 1, characterized in that the synchronization is effected by a synchronization pulse emitted by the central timer ( 7 ). 3. Automatisierungssystem nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Über­ tragungsstrecke (13) für den Synchronisierungsimpuls leiterlos ausgebildet ist.3. Automation system according to claim 1 or 2, characterized in that the transmission link ( 13 ) for the synchronization pulse is formed conductorless. 4. Automatisierungssystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Übertra­ gungsstrecke (13) als Infrarot-Übertragungsstrecke ausgebildet ist.4. Automation system according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the transmission line ( 13 ) is designed as an infrared transmission path. 5. Automatisierungssystem nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Synchronisierungsimpuls durch Infrarot-LED′s erzeugt wird.5. Automation system according to claim 1, 2, 3 or 4, there characterized in that the Synchronization pulse is generated by infrared LEDs. 6. Automatisierungssystem nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Synchronisierungsimpuls durch ein Infrarot-Stroboskop erzeugt wird.6. Automation system according to claim 1, 2, 3 or 4, there characterized in that the  Synchronization pulse through an infrared stroboscope is produced. 7. Automatisierungssystem nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Synchroni­ sierungsimpuls durch einen Infrarotlaser erzeugt wird.7. Automation system according to claim 1, 2, 3 or 4, there characterized in that the Synchroni is generated by an infrared laser. 8. Automatisierungssystem nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der Synchroni­ sierungsimpuls durch ein Overlay-Netz, insbesondere ein Glasfaser-Overlay-Netz, übertragen wird.8. Automation system according to claim 1 or 2, there characterized in that the Synchroni sierungsimpuls through an overlay network, in particular a Fiber optic overlay network, is transmitted. 9. Automatisierungssystem nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Zeittaktgeber der Anlagenelemente als Empfangs­ elemente für den Synchronisierungsimpuls Fotoelemente, insbesondere Fotodioden, aufweisen.9. Automation system according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6 or 7, characterized in that the individual time clock of the system elements as reception elements for the synchronization pulse photo elements, in particular, have photodiodes. 10. Automatisierungssystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Synchronisierungsimpuls in einer Kippstufe normiert wird, die über parallele Treiber die Schalttransistoren für die Infrarot-LED′s ansteuert.10. Automation system according to one or more of the previous claims, characterized records that the synchronization pulse in a Flip-flop is standardized using parallel drivers Controls switching transistors for the infrared LEDs. 11. Automatisierungssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansteuerungssschaltung für den Synchronisierungsimpuls eine Schutzschaltung aufgelegt wird, die den Eingang für unmittelbar nachfolgende Signale sperrt.11. Automation system according to claim 10, characterized characterized that the drive circuit a protective circuit is applied for the synchronization pulse which is the input for immediately following signals locks. 12. Automatisierungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Infrarot-LED′s in Gruppen zusammengefaßt und vorzugsweise auf einer gemeinsamen Platine angeordnet sind. 12. Automation system according to claim 5, characterized characterized in that the infrared LED's in Groups combined and preferably on a common one Circuit board are arranged.   13. Automatisierungssystem nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die LED-Platine zusätzlich zu den Infrarot-LED′s noch die Schaltungselemente des Senderkreises aufweist.13. Automation system according to claim 10, 11 or 12, characterized in that the LED board in addition to the infrared LEDs Has circuit elements of the transmitter circuit. 14. Automatisierungssystem nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Sender-LED-Platine, insbesondere auch für die LED′s, in SMD-Technik ausgebildet ist.14. Automation system according to claim 12 or 13, characterized in that the Transmitter LED board, especially for the LEDs, in SMD technology is trained.
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