DE4443617A1 - Leitsystem zur Führung eines Chargenprozesses - Google Patents

Description

Chargenprozesse sind diskontinuierlich ablaufende Prozesse. Ein Beispiel hierfür ist die Edelstahlerzeugung in einem Blaskonverter, in dem nur eine bestimmte Menge Stahl in einem Durchlauf erzeugt werden kann; man muß die erzeugte Stahl­ menge erst aus dem Konverter abziehen, bevor mit dem nächsten Produktionsablauf begonnen werden kann. Der Konverter wird zunächst mit flüssigem, unlegiertem Stahl (Schrott) gefüllt. Anschließend werden über eine Legierungsanlage, bestehend aus Bunkern, Waagen und Transportbändern, vorgegebene Mengen von festen Legierungsmitteln in den Konverter gefördert. Mittels einer Medienanlage wird dann Sauerstoff, Stickstoff und Argon über eine Lanze von oben bzw. über Boden- und Seitendüsen von unten und von der Seite in den Konverter geblasen, um uner­ wünschte Eisenbegleitelemente, insbesondere Kohlenstoff, zu oxidieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Leitsystem an­ zugeben, das in besonderer Weise zur Führung von Chargenpro­ zessen geeignet ist und eine hohe Verfügbarkeit aufweist.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Leitsy­ stem zur Führung von Chargenprozessen, insbesondere in einem Stahlwerk, mit einem ersten Datenbus, an dem eine Prozeßleit­ einheit und eine Einrichtung zur Prozeßbedienung und -beob­ achtung angeschlossen sind, mit einem zweiten Datenbus, an dem Einrichtungen zur Prozeßsteuerung und zur Erfassung von Zuständen des laufenden Prozesses angeschlossen sind, und mit zwei Recheneinrichtungen, die jeweils an beiden Datenbussen angeschlossen sind, wobei in beiden Recheneinrichtungen je­ weils ein Abbild des Prozesses gespeichert wird, das aus chargenbezogenen Prozeßsteuerdaten, die von der Prozeßleit­ einheit und der Einrichtung zur Prozeßbedienung und -beobach­ tung bereitgestellt werden, sowie aus chargenbezogenen Pro­ zeßzustandsdaten, die von den Einrichtungen zur Erfassung von Zuständen des laufenden Prozesses geliefert werden, besteht, und wobei die beiden Recheneinrichtungen wechselweise akti­ vierbar sind und die jeweils aktive Recheneinrichtung die ge­ speicherten Prozeßsteuerdaten in Abhängigkeit von dem Prozeß­ fortschritt an die Einrichtungen zur Prozeßsteuerung über­ gibt.

Das erfindungsgemäße Leitsystem besteht also aus einer Leit­ ebene und einer prozeßnahen Steuerungsebene, die beide durch die zwei Recheneinrichtungen miteinander verknüpft sind. In der Leitebene mit der Prozeßleiteinheit und der Einrichtung zur Prozeßbedienung und -beobachtung werden die Prozeßsteuer­ daten, beispielsweise in Form eines Fahrdiagramms, für eine einzelne Charge erstellt und an die beiden Recheneinrichtun­ gen übergeben. Die jeweils aktive Recheneinrichtung übergibt die gespeicherten Prozeßsteuerdaten in Abhängigkeit von dem Prozeßfortschritt an die Einrichtungen zur Prozeßsteuerung in der prozeßnahen Steuerungsebene. Die dort laufend erfaßten Prozeßzustände werden an beide Recheneinrichtungen übertra­ gen, so daß jede der beiden Recheneinrichtungen mit den ge­ speicherten Prozeßsteuerdaten und den Prozeßzustandsdaten je­ weils ein Abbild des laufenden Prozesses führt. Zur Visuali­ sierung des Prozeßgeschehens greift die Einrichtung zur Pro­ zeßbedienung und -beobachtung auf die Prozeßzustandsdaten in den beiden Recheneinrichtungen zu. Bei einem Ausfall der ak­ tiven Recheneinrichtung übernimmt die bis dahin passive Re­ cheneinrichtung die Übertragung der Prozeßsteuerdaten an die Steuerungsebene.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemä­ ßen Leitsystems ist vorgesehen, daß bei der Erstellung der Prozeßsteuerdaten für eine Charge mittels der Prozeßleitein­ heit und der Einrichtung zur Prozeßbedienung und -beobachtung die erstellten Prozeßsteuerdaten jeweils zunächst in der ak­ tiven Recheneinrichtung gespeichert und von dort an die pas­ sive Recheneinrichtung übertragen werden. Die aktive Rechen­ einrichtung ist somit in den Datendialog bei der Erstellung der Prozeßsteuerdaten eingebunden.

Die einer Charge zugeordneten Prozeßsteuerdaten können bei­ spielsweise manuell über die Einrichtung zur Prozeßbedienung und -beobachtung vorgegeben oder aus einem an dem ersten Da­ tenbus angeschlossenen Datenspeicher eingelesen werden. Dabei kann in vorteilhafter Weise an dem ersten Datenbus ein Mo­ dellrechner angeschlossen sein, der ein mathematisches Modell zumindest eines Teils des Chargenprozesses enthält, und die Prozeßsteuerdaten berechnet bzw. die manuelle Eingabe der Prozeßsteuerdaten durch den Bediener unterstützt.

Die Prozeßzustandsdaten werden vorzugsweise von den Einrich­ tungen zur Erfassung von Zuständen des laufenden Prozesses parallel an beide Recheneinrichtungen übertragen.

Um einen Verbindungsausfall zwischen den beiden Rechenein­ richtungen und den Einrichtungen zur Prozeßsteuerung und zur Erfassung von Zuständen des laufenden Prozesses zu erkennen, kann vorgesehen sein, daß die Einrichtungen zur Prozeßsteue­ rung und/oder die Einrichtungen zur Erfassung von Zuständen des laufenden Prozesses an die beiden Recheneinrichtungen Da­ tentelegramme übertragen, die von den Recheneinrichtungen in­ nerhalb einer vorgegebenen Zeit zu beantworten sind.

Zur Erhöhung der Verfügbarkeit bei der Visualisierung des Prozeßgeschehens weist die Einrichtung zur Prozeßbedienung und -beobachtung vorzugsweise mehrere Datensichtgeräte und zwei Visualisierungsrechner auf, die einzeln an dem ersten Datenbus angeschlossen sind, wobei jeder der beiden Visuali­ sierungsrechner derart ausgelegt ist, daß er bei einem Aus­ fall des anderen Visualisierungsrechners den Betrieb aller Datensichtgeräte übernehmen kann. Für den laufenden Betrieb können die Visualisierungsfunktionen zum Betrieb der Daten­ sichtgeräte auf beide Visualisierungsrechner verteilt werden.

Nach Ablauf jedes einzelnen Chargenprozesses werden die in den beiden Recheneinrichtungen gespeicherten Prozeßsteuerda­ ten und Prozeßzustandsdaten in einen Speicher der Prozeßleit­ einheit übertragen und dort archiviert.

Die Verfügbarkeit des erfindungsgemäßen Leitsystems läßt sich weiter erhöhen, indem die Einrichtungen zur Steuerung und Er­ fassung von Zuständen vorgegebener Teilprozesse innerhalb des Chargenprozesses, insbesondere zur Steuerung der Medienanlage in einem Blasstahlwerk, zweifach redundant vorhanden sind, wobei jeweils eine Einrichtung aktiv ist und den Teilprozeß steuert, während die andere Einrichtung passiv ist.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden auf die Figur der Zeichnung Bezug genommen, die ein Ausführungs­ beispiel des erfindungsgemäßen Leitsystems in Form eines Blockschaltbildes zeigt.

Das Leitsystem weist in einer Leitebene einen ersten Datenbus 1 auf, an dem eine Prozeßleiteinheit 2 in Form eines Leit­ rechners und eine Einrichtung 3 zur Prozeßbedienung und -be­ obachtung, bestehend aus zwei Visualisierungsrechnern 4 und 5 mehreren Datensichtgeräten 6, über Koppelelemente 7 ange­ schlossen sind. An dem Datenbus 1 sind ferner ein übergeord­ neter Betriebsrechner 8 sowie zwei Modellrechner 9 und 10 an­ geschlossen, die mathematische Modelle des zu führenden Pro­ zesses beinhalten.

In einer prozeßnahen Steuerungsebene sind an einem zweiten Datenbus 11 ebenfalls über Koppelelemente 7 Einrichtungen 12, 13 in Form von Automatisierungsgeräten mit speicherprogram­ mierbarer Steuerung zur Prozeßsteuerung und zur Erfassung von Zuständen des laufenden Chargenprozesses angeschlossen. Bei Anwendung des Leitsystems in einem Blasstahlwerk steuern die mit 12 bezeichneten Einrichtungen die unterschiedlichen Ne­ benanlagen wie die Legierungsanlage, Medienanlage und Sauer­ stofflanze, Konverteraufheizung und Gasbrenner, Abgaskühlan­ lage und Konverter-Pfannenfeuer. Die mit 13 bezeichnete Ein­ richtung dient als Schnittstellenvervielfacher, an dem eine Einrichtung 14 zur Emissionsauswertung, eine Einrichtung 15 zur Messung der Konvertertemperatur und eine Einrichtung 16 zur Auswertung der von einer Temperatur-/Probenlanze gelie­ ferten Meßergebnisse angeschlossen sind. Die Steuerung und Überwachung der Temperatur-/Probenlanze erfolgt durch zwei weitere Automatisierungsgeräte 17 und 18.

Zur Verknüpfung der Leitebene mit der prozeßnahen Steuerungs­ ebene sind zwei Recheneinrichtungen 19 und 20 über Koppelele­ mente 7 sowohl an dem ersten Datenbus 1 als auch an dem zwei­ ten Datenbus 11 angeschlossen. Bei dem gezeigten Ausführungs­ beispiel des erfindungsgemäßen Leitsystems bestehen die bei­ den Recheneinrichtungen 19 und 20, ebenso wie die Prozeßleit­ einheit 2, die Visualisierungsrechner 4 und 5 und die Modell­ rechner 9 und 10 aus UNIX-Workstations. Die beiden Rechenein­ richtungen 19 und 20 sind wechselweise aktivierbar, wobei in beiden Recheneinrichtungen 19 und 20 jeweils gleichzeitig ein Abbild des laufenden Prozesses geführt wird; die jeweils ak­ tive Recheneinrichtung, z. B. 19, lenkt zusätzlich den Pro­ zeß. Bei Ausfall der aktiven Recheneinrichtung 19 wird die bis dahin passive Recheneinrichtung 20 durch Umschalten akti­ viert und übernimmt die Lenkung des Prozesses. Aus Gründen der Sicherheit ist das Aktivieren bzw. Umschalten nur durch autorisiertes Personal möglich.

Die Funktionen zur Visualisierung des Prozeßgeschehens sind auf die beiden Visualisierungsrechner 4 und 5 verteilt. Bei Ausfall eines Visualisierungsrechners, z. B. 5, werden dessen Funktionen automatisch von dem anderen Visualisierungsrechner 4 mit übernommen.

Bei jedem Chargenauftrag werden von dem übergeordneten Be­ triebsrechner 8 zunächst die entsprechenden Chargenvorgaben an die Prozeßleiteinheit 2 übergeben. Daraufhin werden der Charge Prozeßsteuerdaten in Form eines Fahrdiagramms zugeord­ net und in der jeweils aktiven Recheneinrichtung, z. B. 19, gespeichert. Die Prozeßsteuerdaten werden dazu entweder ma­ nuell über die Datensichtgeräte 6 vorgegeben, aus einem Da­ tenspeicher, beispielsweise in der Prozeßleiteinheit 2, aus­ gelesen oder im Rahmen einer Modellrechnung (Stoff-/Energie­ bilanzmodell, Blasmodell und Legierungsrechnung) in den Mo­ dellrechnern 9 und/oder 10 ermittelt. Bei der manuellen Ein­ gabe der Prozeßsteuerdaten wird der Bediener durch verein­ fachte Modellrechnungen in den Visualisierungsrechnern 4, 5 unterstützt. Die in der aktiven Recheneinrichtung 19 gesam­ melten chargenbezogenen Prozeßsteuerdaten werden von dort zyklisch an die passive Recheneinrichtung 20 übertragen.

Zur Steuerung des Chargenprozesses werden die Prozeßsteuerda­ ten von der jeweils aktiven Recheneinrichtung 19 dem Fahrdia­ gramm entnommen und in Abhängigkeit von dem Prozeßfortschritt automatisch an die Einrichtungen 12, 13, 17, 18 zur Prozeß­ steuerung übergeben. Der Chargenprozeß, hier die Edelstahler­ zeugung in einem Blaskonverter, ist dabei in mehrere Verfah­ rensabschnitte, hier Blasstufen, unterteilt und wird automa­ tisch gesteuert. Die Prozeßsteuerdaten sind dabei im wesent­ lichen die dem Konverter über die Legierungsanlage zugeführ­ ten Legierungsmittelmengen und die von der Medienanlage dem Konverter zugeführten Medienmengen.

Der Medienanlage sind zwei der Einrichtungen 12 zugeordnet, von denen eine jeweils aktiv ist und den Prozeß in der Me­ dienanlage steuert, während die andere Einrichtung passiv ist. Beide Einrichtungen 12 für die Medienanlage werden mit Zustandsinformationen aus dem laufenden Prozeß und Prozeß­ steuerdaten von der jeweils aktiven Recheneinrichtung 19 ver­ sorgt. Bei Ausfall der aktiven Einrichtung 12 wird manuell auf die passive Einrichtung 12 umgeschaltet, wobei diese dann alle prozeßrelevanten Daten, wie Sollwerte, Zustände und Pa­ rameter, von der aktiven Recheneinrichtung 19 anfordert und den Prozeß in der Medienanlage aktiv weiterführt.

Die während des laufenden Prozesses von den Einrichtungen 12 bis 18 erfaßten Prozeßzustandsdaten werden an beide Rechen­ einrichtungen 19 und 20 übertragen, so daß die dort gespei­ cherten Abbilder des Prozesses ständig mit den Zustandsdaten aus dem Prozeß versorgt werden. Zur Überwachung des Prozeß­ verlaufs greifen die Visualisierungsrechner 4 und 5 auf die in den Recheneinrichtungen 19 und 20 gespeicherten Prozeß­ steuerungs- und -zustandsdaten zu und bringen die jeweils gewünschten Daten auf den Datensichtgeräten 6 zur Anzeige.

Nach Ablauf des Chargenprozesses werden die in den Rechenein­ richtungen 19 und 20 gespeicherten chargenbezogenen Prozeß­ steuerdaten und Prozeßzustandsdaten zusammen mit den Auf­ tragsdaten in einer Datenbank, z. B. in der Prozeßleiteinheit 2, archiviert. Die dort gespeicherten Daten dienen zur Char­ genabrechnung, zum Nachweis der Erzeugungsdaten für Quali­ tätsnachweise und zu statistischen Auswertungen.

Claims (8)

1. Leitsystem zur Führung von Chargenprozessen, insbesondere in einem Stahlwerk, mit einem ersten Datenbus (1), an dem eine Prozeßleiteinheit (2) und eine Einrichtung (3) zur Pro­ zeßbedienung und -beobachtung angeschlossen sind, mit einem zweiten Datenbus (11), an dem Einrichtungen (12 bis 18) zur Prozeßsteuerung und zur Erfassung von Zuständen des laufen­ den Prozesses angeschlossen sind, und mit zwei Rechenein­ richtungen (19, 20), die jeweils an beiden Datenbussen ange­ schlossen sind, wobei in beiden Recheneinrichtungen (19, 20) jeweils ein Abbild des Prozesses gespeichert wird, das aus chargenbezogenen Prozeßsteuerdaten, die von der Prozeßleit­ einheit (2) und der Einrichtung (3) zur Prozeßbedienung und -beobachtung bereitgestellt werden, sowie aus chargenbezoge­ nen Prozeßzustandsdaten, die von den Einrichtungen (12 bis 18) Erfassung von Zuständen des laufenden Prozesses ge­ liefert werden, besteht, und wobei die beiden Recheneinrich­ tungen (19, 20) wechselweise aktivierbar sind und die je­ weils aktive Recheneinrichtung die gespeicherten Prozeßsteu­ erdaten in Abhängigkeit von dem Prozeßfortschritt an die Einrichtungen (12 bis 18) zur Prozeßsteuerung übergibt.

2. Leitsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Erstellung der Prozeßsteuerdaten für eine Charge mittels der Prozeßleiteinheit (2) und der Einrichtung (3) zur Prozeßbedienung und -beobachtung die erstellten Prozeß­ steuerdaten jeweils zunächst in der aktiven Recheneinrich­ tung (z. B. 19) gespeichert und von dort an die passive Re­ cheneinrichtung (20) übertragen werden.

3. Leitsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem ersten Datenbus (1) ein Modellrechner (9, 10) an­ geschlossen ist, der ein mathematisches Modell zumindest ei­ nes Teils des Chargenprozesses enthält.

4. Leitsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozeßzustandsdaten von den Einrichtungen (12 bis 18) zur Erfassung von Zuständen des laufenden Prozesses pa­ rallel an beide Recheneinrichtungen (19, 20) übertragen wer­ den.

5. Leitsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (12 bis 18) zur Prozeßsteuerung und/oder zur Erfassung von Zuständen des laufenden Prozesses an die beiden Recheneinrichtungen (19, 20) Datentelegramme übertragen, die von den Recheneinrichtungen (19, 20) inner­ halb einer vorgegebenen Zeit zu beantworten sind.

6. Leitsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (3) zur Prozeßbedienung und -beobachtung mehrere Datensichtgeräte (6) und zwei Visualisierungsrechner (4, 5) aufweist, die einzeln an dem ersten Datenbus (1) an­ geschlossen sind, und daß jeder der beiden Visualisierungs­ rechner (4, 5) derart ausgelegt ist, daß er bei einem Aus­ fall des anderen Visualisierungsrechners den Betrieb aller Datensichtgeräte (6) übernehmen kann.

7. Leitsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in den beiden Recheneinrichtungen (19, 20) gespei­ cherten Prozeßsteuerdaten und Prozeßzustandsdaten nach Ab­ lauf des Chargenprozesses zur Archivierung in einen Speicher der Prozeßleiteinheit (2) übertragen werden.

8. Leitsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (12) zur Steuerung und Erfassung von Zuständen vorgegebener Teilprozesse innerhalb des Chargen­ prozesses, insbesondere zur Steuerung der Medienanlage in einem Blasstahlwerk, zweifach redundant vorhanden sind, wo­ bei jeweils eine Einrichtung (12) aktiv ist und den Teilpro­ zeß steuert, während die andere Einrichtung (12) passiv ist.