DE4130704A1

DE4130704A1 - Rechnergestuetztes system zur erfassung, verarbeitung und ausgabe von daten im explosionsgefaehrdeten bereich

Info

Publication number: DE4130704A1
Application number: DE19914130704
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Ing Hans
Original assignee: HANS PETER DIPL ING FH
Current assignee: HANS GMBH, 94166 STUBENBERG, DE
Priority date: 1991-09-14
Filing date: 1991-09-14
Publication date: 1993-05-13
Anticipated expiration: 2011-09-15
Also published as: DE4130704C2

Description

1. Stand der Technik

Die Prozeßdatenverarbeitung vor Ort im explosionsgefährdeten Bereich beschränkt sich bei den Produkten aller markteingeführter Hersteller auf die Verwendung von Feldmultiplexern ohne eigene Intelligenz. Die erfaßten Meßwerte und Signale werden auf Busleitungen be grenzter Bandbreite zu zentralen Rechensystemen außerhalb des explosionsgefährdeten Bereiches übertragen, wo dann vor der Rücksendung der Stellgrößen, Alarme usw. über jene Busleitungen die eigentliche Verarbeitung aller anfallenden Daten in klassischer, sequentiel ler Weise ausgeführt werden muß. Dadurch ist die mögliche Komplexität der lösbaren Daten verarbeitungs-Aufgaben sehr stark eingeschränkt. Jede Störung auf der Daten-Busleitung führt zu Verfahrensausfällen oder Prozeßstörungen, so daß diese Leitungen redundant aus geführt werden müssen.

2. Vorteile der Erfindung unter Bezugnahme auf den Stand der Technik

Durch die Einführung neuester Technologien und Algorithmen kann die Prozeßdaten-Verar beitungsleistung im explosionsgefährdeten Bereich um Größenordnungen gesteigert, und die Betriebssicherheit drastisch verbessert werden. Dem rechnergestützten System zur Er fassung, Verarbeitung und Ausgabe von Daten im explosionsgefährdeten Bereich liegt das Konzept der dezentralen Parallelverarbeitung mit Hilfe von Hochleistungsprozessoren zu grunde. Die Verwendung von systemimmanenten seriellen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen, der sogenannten "Links" erlaubt beim Parallelbetrieb mehrerer solcher Prozessoren eine na hezu lineare Vervielfachung der Rechenleistung. Durch diese skalierbare Rechenleistung ist die Verwirklichung komplexester Aufgaben möglich. Dazu zählen beispielsweise
adaptive, selbsteinstellende PID-Regler
Zustandsregler für nichtlineare, zeitvariante Strecken
Zeitraffer-Simulation zur Trendvorhersage
robuste Prozeß-Optimierungsverfahren
Eigensicherheit durch Redundanz und Plausibilitätsanalyse
Filterung der Meßgrößen im Zeit- und Frequenzbereich
Störfall-Klassifikation mit neuronalen Netzen
Regelung implizit beschriebener Systeme mit "Fuzzy-Logic"
Daten-Vorverarbeitung für Statistik- und Protokoll-Zwecke.

Mehrere dieser rechnergestützten Systeme sind untereinander sowie mit einem zentralen Leitrechner in der Meßwarte über Quarzglasfaser-Lichtwellenleiter verbunden. Auf dieser Lichtwellenleitung werden nur noch Initialisierungsinformationen, Alarmmeldungen und be reits vorverarbeitete Protokollierungsdaten übertragen. Nach einer Initialisierungsphase beinhaltet jede rechnergestützte Komponente vor Ort im explosionsgefährdeten Bereich die gesamte Intelligenz, die zum störungsfreien Prozeßablauf nötig ist. So kann selbst der Bruch der Licht-Ringleitung ohne Verfahrensausfall behoben werden. Die doppelte oder redun dante Leitungsführung erübrigt sich dadurch.

Sensoren, Meßwertgeber und Auswerteeinheiten können mit kürzeren Verbindungs-Leitun gen an die dezentralen rechnergestützten Systeme angeschlossen werden. Dadurch wird ei ne wesentliche Erhöhung der Betriebssicherheit und eine Verringerung der zu erwartenden Störeinstrahlung erzielt. Fremdprodukte, die die Neuheit dieser Erfindung in Frage stellen sind uns nicht bekannt.

Dieses rechnergestützte System kann Feldmultiplexer herkömmlicher Art ersetzen, um ex istierende Beschränkungen zu überwinden, die durch die herkömmliche Technik vorgegeben waren.

Durch den Einsatz von rechnergestützten Systemen im explosionsgefährdeten Bereich ist die mathematische Verarbeitung von Daten z. B. mittels adaptiver Regelfunktionen, Steuerpro grammen, Gleichungen zur Linearisierung und Fehlerkorrektur, grafische Auswertungen usw. vor Ort möglich. Analoge und digitale Daten werden erfaßt, durch mathematische Verfahren aufbereitet, verarbeitet und zur weiteren Verwendung ausgegeben.

Erst durch den geeigneten Aufbau, die Anordnung der Stromversorgung, die Ausführung der Netzgeräte kann der hohe Leistungsbedarf von Rechensystemen in explosionsgefährdeten Bereichen zur Verfügung gestellt werden (Fig. 1) und der Einsatz von Rechensystemen wird dadurch möglich. Durch die geringe zulässige Leistung in den einzelnen Stromkreisen I₁ . . . I_n (12) ist sichergestellt, daß es bei einem eventuellen Kurzschluß auf den Verbindungs leitungen (12) zu keiner Explosion kommen kann. Die Leitungen (6), die den Gesamtstrom führen, sind durch entsprechenden Abstand und einen geeigneten Überzug so geschützt, daß kein Kurzschluß auftreten kann. Die Strombegrenzungswiderstände (4) in den Verbindungslei tungen (10) reduzieren eine gegenseitige Fehlerstrombeeinflussung der einzelnen zu einem rechnergestützten System zusammengeschalteten Komponenten auf einen zulässigen Wert.

Durch die Steckvorrichtung (19) der Netzgeräte (18) kann die Stromversorgung für einzelne Funktionen des rechnergestützten Systemes durch Stecken bzw. Ziehen der Netzgeräte in oder außer Betrieb genommen werden, ohne das gesamte rechnergestützte System stillegen zu müssen. In der Steckvorrichtung (19) wird der Mikroschalter (20) über einen Zusatzbetäti ger (23) betätigt um einen größeren Schaltweg zu erhalten. Die Steckverbindung (32) besteht im wesentlichen aus einem Kontaktstift (30) und einer Buchse (31) mit Federkontakten und Durchgangsloch. Beim Zusammenstecken wird zuerst eine leitende Verbindung zwischen Kontaktstift und Buchse hergestellt. Bei weiterem Zusammenschieben durch die Spitze eines Kontaktstiftes ein Schalter betätigt, der den Primärstromkreis einschaltet. Beim Auseinander ziehen der Steckverbindung wird zuerst der Stromkreis abgeschaltet, anschließend die leiten de Verbindung gelöst. Durch diese Steckvorrichtung ist sichergestellt, daß es im explosions gefährdeten Bereich beim Stecken oder Ziehen der Netzgeräte (18) im Betriebszustand zu keiner Explosion kommen kann. Mehrere Netzgeräte (18) sind in einem Einschub (33), die Schalter (20) auf der rückwärtigen Seite des Einschubes angebracht. In Fig. 2 wird die mechanische Funktion der Steckverbindung (19) dargestellt. (27) Mikroschalter nicht betätigt, Stromkreis unterbrochen, keine galvanische Verbindung der Kontakte
(28) Mikroschalter nicht betätigt, Stromkreis unterbrochen, jedoch einwandfreie Kontaktgabe der Steckverbindung
(29) Mikroschalter betätigt, Stromkreis geschlossen
Die Zeichnungen sind im Patentanspruch und in der Beschreibung näher erläutert.

Fig. 1 Funktionsplan des rechnergestützten Systemes zur Erfassung, Verarbeitung und Ausgabe von Daten im explosionsgefährdeten Bereich.

Fig. 2 Mechanischer Aufbau und Funktion einer Steckverbindung für den Einsatz im ex plosionsgefährdeten Bereich.

Claims

1. Dadurch gekennzeichnet, daß das rechnergestützte System, das vor Ort im explosions gefährdeten Bereich aufgestellt und betrieben wird, durch ein oder mehrere interne Re chensysteme (11) als intelligentes "stand alone" System alle meß-, steuer- und rege lungstechnischen Aufgaben sowie mathematische Umformungen und grafische Ausar beitungen durchführt.

2. Dadurch gekennzeichnet, daß das System auch bei Unterbrechung von evtl. angeschlos senen Datenbusleitungen zu anderen Systemen aufgrund der internen Intelligenz voll funktionsfähig ist.

3. Dadurch gekennzeichnet, daß die Rechensysteme (11) im explosionsgefährdeten Be reich mit einer Magnetkarte bzw. über Glasfaserkabel (3) gebootet, parametriert und kon figuriert werden.

4. Dadurch gekennzeichnet, daß die Rechensysteme (11) vorwiegend auch auf Transputer basis implementiert sind.

5. Dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung der Rechensysteme (11) im explo sionsgefährdeten Bereich (Fig. 1) aus einem bzw. durch die Parallelschaltung (6) mehre rer galvanisch getrennter Stromkreise I₁ . . . I_n (12) aus den Netzgeräten (18) erfolgt.

6. Dadurch gekennzeichnet, daß im Ausgang der Netzgeräte (18) die Begrenzung der Aus gangsströme I₁ . . . I_n (12) auf einen zulässigen Wert durch Begrenzungseinheiten (17), die aus einer Sicherung (15), Zenerdioden (14) und Widerständen (13) bestehen, erfolgt.

7. Dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitungen der einzelnen Stromkreise I₁ . . . I_n (12) von den Netzgeräten (18) zu den Rechnerbaugruppen (11) zu einem Kabel baum (24) zusammengefaßt und verlegt, jedoch über getrennte Kontaktstifte (26) der Netzgeräte (18) und der Rechnerbaugruppen (11) geführt und auf der Rechnerbaugruppe (11) die einzelnen Stromkreise I₁ . . . I_n (12) über Entkopplungsdioden (9) in der Hin- und Rückleitung so verbunden sind, daß die einzelnen Teilströme zur Versorgung der Re chensysteme (11) addiert werden (6).

I_{Parallel-Rechensystem}=I_PR=I₁+I₂ . . . +I_n.

8. Dadurch gekennzeichnet, daß auf der Rechnerbaugruppe (11) die Rechensysteme in Kunststoff vergossen sind (8) und diese bei zu großer Erwärmung im Schadensfalle durch eine Temperatursicherung (5) stromlos geschaltet werden.

9. Dadurch gekennzeichnet, daß die Netzgeräte (18) vorwiegend als Durchflußwandler aus geführt aber auch als Sperrwandler oder in herkömmlicher Technik ausgeführt sein kön nen.

10. Dadurch gekennzeichnet, daß die Netzgeräte (18) mittels einer Steckverbindung (19) im Primär-Stromkreis (25) im explosionsgefährdeten Bereich während des Betriebes, d. h. ohne Abschaltung der Versorgungsspannung des rechnergestützten Systemes gesteckt oder gezogen werden können (Fig. 1, 2).

11. Dadurch gekennzeichnet, daß in der Steckverbindung (19) durch einen Kontakt (32) erst nach dem Schließen bzw. vor dem Öffnen der Kontakte L und N (32) der Primär-Strom kreis (25) der Netzgeräte (18) durch einen Schalter (20) geschlossen bzw. unterbrochen wird (Fig. 1, 2).

12. Dadurch gekennzeichnet, daß in dem rechnergestützten System, das vor Ort im explo sionsgefährdeten Bereich aufgestellt und betrieben wird, über Link-Datenleitungen L₀ . . . L₃ (10) in denen Strombegrenzungswiderstände (4) in Reihe geschaltet sind mehre re getrennte Rechensysteme (11), Grafiksysteme (21), Interface-Karten für ein Ein-, Ausgangs-Stromkreise (1), Tastatur (2), Rechensysteme für Glasfaserankopplung und Programmierung mit Magnetkarten (3), sonstige Systeme (22) usw., die von derselben oder von getrennten Stromversorgungen gespeist werden, zusammengeschaltet sind.