DE4442286A1 - Intelligent programmable control e.g. for industrial furnace operating process - Google Patents

Intelligent programmable control e.g. for industrial furnace operating process

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Abstract

A programmable controller (1) for industrial process use has a CPU (2), an interface (3), intelligent technological processor (4) and a drive module (5). A programming terminal (12) connects with the controller. The output drive stages connect with back up regulators (8,9,10). For a specific process one regulator (8) may provide temperature control, one (9) air flow and the third (10) fuel flow in a furnace. The technology processor (4) can execute algorithms or fuzzy procedures relating to the controlled process.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für das Steuern und Regeln von technischen Prozessen die eine Regelintelligenz erfordern, insbesondere von Betriebsprozessen von Industrie­ öfen, vorzugsweise rekuperativ beheizten Industrieöfen, wobei die Steuer- und Regeleinrichtung ein Basisautomatisierungs­ system aufweist, das auf speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) aufbaut.The invention relates to a device for controlling and Rules of technical processes which is a rule intelligence require, especially of industrial operating processes ovens, preferably recuperatively heated industrial ovens, where the control and regulating device a basic automation System that is based on programmable logic controllers (PLC) builds up.

Basisautomatisierungssysteme, die auf speicherprogrammier­ baren Steuerungen (SPS) aufbauen, sind in der Industrie seit vielen Jahren bewährt, insbesondere, da sie eine hohe Betriebssicherheit gewährleisten. Nachteilig ist bei den bewährten Basisautomatisierungssystemen, die auf speicher­ programmierbaren Steuerungen aufbauen, daß mit ihnen keine größeren Steuer- und Regelaufgaben gelöst werden können, die eine gewisse Intelligenz der Prozeßführung erfordern. In der Regel wird daher für Steuer- und Regelaufgaben, die mit einem intelligenten Rechengerät zu lösen sind, ein Prozeßrechner, etwa ein Industrie-PC, eingesetzt. Dies beeinträchtigt sowohl die sichere Prozeßführung, da derartige Rechengeräte nicht ausfallsicher sind, als auch die Kosten der Automatisierung ungünstig.Basic automation systems based on programmable logic Establishable PLCs have been in the industry since Proven many years, especially since it is high Ensure operational security. The disadvantage of the proven basic automation systems based on memory build programmable controls that with them none larger control and regulatory tasks can be solved that require a certain intelligence of process control. In the Rule is therefore used for tax and regulatory tasks with a intelligent computing device to be solved, a process computer, such as an industrial PC. This both affects safe process control, since such computing devices are not are fail-safe, as well as the cost of automation unfavorable.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung für das Steuern und Regeln von technischen Prozessen, die eine Regelintelligenz erfordern, anzugeben, die die vorstehenden Nachteile vermeidet.It is an object of the invention to provide a device for the Controlling and regulating technical processes, one Regulatory intelligence require you to specify the above Avoids disadvantages.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Basisautomatisie­ rungssystem zumindest einen, intelligenten, Technologie­ prozessor aufweist, der zumindest eine speicherprogrammier­ bare Steuerung funktionell ergänzend ausgebildet ist, insbesondere zum Abarbeiten von Algorithmen, Fuzzy-Prozeduren o. ä., etwa zur Prozeßoptimierung. Durch die vorstehend genannte Ergänzung des Basisautomatisierungssystems, bei der der Technologieprozessor als "intelligenter Regler" funktioniert, ergibt sich die aufgabengemäß gewünschte kostengünstige, und sichere Lösung.The task is solved in that the basic automation system, at least one, intelligent, technology Processor which has at least one memory programmer bare control is functionally complementary,  especially for processing algorithms, fuzzy procedures or similar, for example for process optimization. Through the above mentioned addition to the basic automation system in which the technology processor as an "intelligent controller" works, the desired result arises affordable, and safe solution.

Der intelligente Technologieprozessor ist vorzugsweise modular aufgebaut, z. B. mit je einem Modul für jede Teil­ aufgabe, etwa zum Abarbeiten von Algorithmen, Fuzzy-Proze­ duren etc. So ist es möglich, trotz der relativ geringen Rechenleistung derartiger Technologieprozessor-Module, die für eine wirkliche Optimierung notwendigen Rechenvorgänge durchzuführen. Zur Erhöhung der Betriebssicherheit ist dabei vorgesehen, daß der intelligente Technologieprozessor mit der Einheit des Automatisierungssystems, das er funktionell ergänzt, direkt verbunden ist. Vorteilhaft werden ihm auch seine zu verarbeitenden Vorgaben über diese Einheit aufge­ geben. So ergibt sich eine funktional geschlossene, modulare und intelligente Prozessorbaugruppe, die als Einheit mit der speicherprogrammierbaren Steuerung zum Einsatz kommt.The intelligent technology processor is preferred modular structure, e.g. B. with one module for each part task, e.g. for processing algorithms, fuzzy process duren etc. So it is possible, despite the relatively small Computing power of such technology processor modules that calculations necessary for a real optimization perform. In order to increase operational safety provided that the intelligent technology processor with the Unit of the automation system that it is functional added, directly connected. He will also benefit his specifications to be processed about this unit give. This results in a functionally closed, modular and intelligent processor assembly, which as a unit with the programmable logic controller is used.

Neben den bislang üblichen konventionellen Lösungen für rege­ lungstechnische Aufgaben an Öfen für die Glasindustrie, in Stahlwerken etc. kann der intelligente Technologieprozessor also neue Zusatzfunktionen übernehmen. Dies sind im wesent­ lichen Verfahrensschritte, die eine optimale Regelung der Ofentemperaturen erlauben und etwa den Energieverbrauch senken. Dies geht Hand in Hand mit einer besonders schad­ stoffarmen Abgasbildung. So kann sowohl der Energieeinsatz als auch der Ausstoß von Schadgasen mit relativ einfachen regel- und steuerungstechnischen Mitteln vermindert werden.In addition to the conventional solutions for brisk technical tasks in furnaces for the glass industry, in The intelligent technology processor can use steel mills etc. So take on new additional functions. These are essentially Lichen procedural steps that optimal control of Allow furnace temperatures and, for example, energy consumption reduce. This goes hand in hand with a particularly harmful low-emission emissions. So both the energy use as well as the emission of harmful gases with relatively simple ones regulatory and control means are reduced.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, aus denen ebenso wie aus der Beschreibung und den Unteransprüchen weitere, auch erfinderische Einzelheiten entnehmbar sind. Im einzelnen zeigen: The invention is illustrated by means of exemplary embodiments explained, from which as well as from the description and the Further claims, including inventive details are removable. In detail show:  

Fig. 1 ein Basisautomatisierungssystem mit intelligentem Technologieprozessor in allgemeiner Form und Fig. 1 shows a basic automation system with an intelligent technology processor in general form and

Fig. 2 ein Basisautomatisierungssystem mit intelligentem Technologieprozessor, ausgebildet als modularer Regler, in Anwendungsausführung. Fig. 2 shows a basic automation system with an intelligent technology processor, designed as a modular controller, in an application version.

In Fig. 1 bezeichnet 1 eine SPS mit einer zentralen Prozessor­ einheit 2, einer Schnittstelle 3, einem direkt verbundenen intelligenten Technologieprozessor 4 sowie einem Treiber­ baustein 5. Der SPS und damit der intelligenten Technologie­ baugruppe 4 werden die Daten über eine Visualisierungs- und Programmiereinheit 12 mit Drucker aufgegeben.In Fig. 1, 1 designates a PLC with a central processing unit 2, an interface 3, a directly connected intelligent technology processor 4 as well as a driver module. 5 The PLC and thus the intelligent technology module 4 are given the data via a visualization and programming unit 12 with a printer.

Ausgangsseitig ist die SPS 1 mit dem intelligenten Techno­ logieprozessor 4 über den Treiber 5 mit einem Bus 6 verbunden, der wiederum über Schnittstellen 7 mit Reglern, etwa back-up-Reglern 8 für die Temperaturführung eines brenn­ stoffbeheizten Ofens, 9 für die Luftmenge eines solchen Ofens und 10 für die Brennstoffmenge verbunden ist. Die Regler, z. B. back-up-Regler, kommunizieren mit der Prozeßebene 11 und verarbeiten die Sollwerte aus dem intelligenten Technologie­ prozessor 4 im Rahmen der gewünschten, optimierten Prozeß­ führung.On the output side, the PLC 1 is connected to the intelligent technology processor 4 via the driver 5 with a bus 6 , which in turn has interfaces 7 with controllers, such as back-up controllers 8 for the temperature control of a fuel-heated furnace, 9 for the air volume of such Oven and 10 is connected to the amount of fuel. The controller, e.g. B. back-up controller, communicate with the process level 11 and process the setpoints from the intelligent technology processor 4 as part of the desired, optimized process management.

In Fig. 2 ist die Visualisierungs- und Programmiereinheit, etwa eine Koroseinheit der Anmelderin, mit 13 bezeichnet. Hier werden z. B. die Istwert-Anzeigen der Regler und die Reglerparameter angezeigt und der zeitliche Verlauf der Prozeßdaten ausgedruckt. Die Visualisierungs- und Programmiereinheit 13 ist über einen Datenbus 14 mit der speicherprogrammierbaren Steuerung 15, z. B. eine SIMATIC S5 der Anmelderin verbunden. Diese bildet eine Einheit mit der Modulgruppe 16, die als modulare IP (intelligenter Prozessor) bezeichnet ist. Diese wirkt auf den ebenfalls modularen Regler 17 mit seinen in üblicher Kurzform angegebenen Eingangs- und Ausgangsgrößen. Über einen weiteren Bus 18, z. B. einen SIPART-Bus der Anmelderin, beeinflußt dieser Regler einen back-up-Regler 19, z. B. ebenfalls einen SIPART- Regler der Anmelderin, den Prozeß 20. Auch hier sind die Eingangs- und Ausgangsgrößen in der üblichen Kurzform ange­ geben.In Fig. 2, the visualization and programming unit, such as a Coros unit from the applicant, is designated by 13 . Here z. For example, the actual value displays of the controllers and the controller parameters are displayed and the time course of the process data is printed out. The visualization and programming unit 13 is connected via a data bus 14 to the programmable logic controller 15 , e.g. B. connected a SIMATIC S5 of the applicant. This forms a unit with module group 16 , which is referred to as modular IP (intelligent processor). This acts on the likewise modular controller 17 with its input and output variables specified in the usual short form. Via another bus 18 , e.g. B. a SIPART bus from the applicant, this controller affects a back-up controller 19 , z. B. also a SIPART controller from the applicant, the process 20th Here, too, the input and output variables are given in the usual short form.

Der Prozeß, der durch den intelligenten Technologieprozessor geführt wird, kann in unterschiedlichster Weise geführt und beeinflußt werden, da der modulare, intelligente Technologie­ prozessor folgende Funktionen (nur beispielhaft aufgeführt) realisieren kannThe process by the intelligent technology processor is performed, can be performed in many different ways and be influenced because of the modular, intelligent technology processor following functions (only listed as an example) can realize

  • - PD-Regler, 2Punkt-/3Punkt-Regler, adaptive Regelung, Fuzzy- Regelung, Neurofuzzy-Regelung- PD controller, 2-point / 3-point controller, adaptive control, fuzzy Regulation, neurofuzzy regulation
  • - direkte Ankoppelung von unterlagerten back-up-Reglern für DTC-/SPC-Betrieb- Direct coupling of subordinate back-up controllers for DTC / SPC operation
  • - direkte Prozeßdatenerfassung und Meßwertvorverarbeitung für alle relevanten ofenspezifischen Meßgrößen- direct process data acquisition and measurement preprocessing for all relevant oven-specific parameters
  • - technologische Optimierungsalgorithmen für brennstoff­ beheizte Öfen- technological optimization algorithms for fuel heated ovens
  • - Lastverteilung und- load distribution and
  • - Energieverbrauchsoptimierung für elektrisch beheizte Öfen- Energy consumption optimization for electrically heated ovens
  • - integrierte Streckenidentifikation und Simulation,- integrated route identification and simulation,
  • - Modellgleichungsberechnung.- Model equation calculation.

Wie bereits vorstehend gesagt, eignet sich der erfindungs­ gemäße intelligente Technologieprozessor in Verbindung mit dem beschriebenen Automatisierungssystem besonders für die optimale Steuerung und Regelung von elektrisch- oder brennstoffbeheizten Öfen. Von besonderem Vorteil ist dabei, daß durch die optimale Steuerung und Regelung auch die NOx- Emissionen derartiger Öfen wesentlich herabgesetzt werden können. Die erfindungsgemäße Steuerung und Regelung geht daher deutlich über die bisher üblichen λ-Regelungen hinaus.As already said above, the intelligent technology processor according to the invention is particularly suitable in connection with the described automation system for the optimal control and regulation of electric or fuel-heated furnaces. It is particularly advantageous that the NO x emissions of such furnaces can be significantly reduced by the optimal control and regulation. The control and regulation according to the invention therefore goes far beyond the usual λ regulations.

Claims (8)

1. Einrichtung für das Steuern und Regeln von technischen Prozessen die eine Regelintelligenz erfordern, insbesondere von Betriebsprozessen von Industrieöfen, wobei die Steuer- und Regeleinrichtung ein Basisautomatisierungssystem aufweist, das auf speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) aufbaut, dadurch gekennzeichnet, daß das Basisautomatisierungssystem zumindest einen, intelligenten, Technologieprozessor aufweist, der zumindest eine speicherprogrammierbare Steuerung funktionell ergänzend ausgebildet ist, insbesondere zum Abarbeiten von Algorithmen, Fuzzy-Prozeduren, o. ä., etwa zur Prozeßoptimierung.1. A device for the control and regulation of technical processes that require control intelligence, in particular the operating processes of industrial furnaces, the control and regulating device having a basic automation system that is based on programmable logic controllers (PLC), characterized in that the basic automation system has at least one, Intelligent, technology processor, which is at least one programmable control functionally designed, in particular for processing algorithms, fuzzy procedures, or the like, for example for process optimization. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der intelligente Technologieprozessor modular aufgebaut ist, z. B. mit je einem Modul für jede Teilaufgabe, etwa zum Abarbeiten von Algorithmen, Fuzzy-Prozeduren etc.2. Device according to claim 1, characterized, that the intelligent technology processor has a modular structure is, e.g. B. with one module for each sub-task, such as Execution of algorithms, fuzzy procedures etc. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der intelligente Technologieprozessor mit der Einheit des Automatisierungssystems, das er funktionell ergänzt, direkt verbunden ist und daß ihm seine zu verarbeitenden Vorgaben über diese Einheit aufgegeben werden.3. Device according to claim 1 or 2, characterized, that the intelligent technology processor with the unit of Automation system, which it complements functionally, directly is connected to him and that his specifications to be processed be abandoned through this unit. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der intelligente Technologieprozessor als Führungsregler für den Normalbetrieb einer Ofenanlage ausgebildet ist.4. Device according to claim 1, 2 or 3, characterized, that the intelligent technology processor as a master controller is designed for normal operation of a furnace system. 5. Einrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der intelligente Technologieprozessor, direkt oder über die SPS, der er angeschlossen ist, insbesondere über ein Bussystem, mit einer Visualisierungs- und Programmiereinheit verbunden ist, der, vorzugsweise fortlaufend, Prozeßoptimie­ rungsdaten eingebbar sind.5. Device according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized, that the intelligent technology processor, directly or through the PLC to which it is connected, in particular via a  Bus system, with a visualization and programming unit is connected, which, preferably continuously, process optimization data can be entered. 6. Einrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur schwankungsarmen λ- und/oder Brennstoffregelung von Industrieöfen, insbesondere von rekuperativ beheizten Industrieöfen, verwendet wird.6. Device according to claim 1, 2, 3, 4 or 5, characterized, that they for low fluctuation λ and / or fuel control industrial furnaces, especially recuperatively heated ones Industrial furnaces, is used. 7. Einrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Regelung von elektrisch beheizten Industrieöfen, insbesondere zur Spitzenstrom-Minimierung, verwendet wird.7. Device according to claim 1, 2, 3, 4 or 5, characterized, that they are used to control electrically heated industrial furnaces, in particular to minimize peak current. 8. Intelligenter Technologieprozessor, insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß er zur Steuerung und Regelung vernetzter Stromrichter, etwa zur Spitzenstromminimierung, verwendet wird.8. Intelligent technology processor, especially after one or more of the preceding claims 1 to 5, characterized, that it is used to control and regulate networked converters, for example to minimize peak current.
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