Beschreibung
Hochstromanlage
Die Erfindung betrifft eine Hochstromanlage, bestehend aus
Steuer- und Überwachungsmitteln zur allgemeinen Betriebssteu¬ erung und Überwachung des Anlagenbetriebs sowie Mitteln zur direkten Steuerung von Leistungskomponenten der Anlage, die im Rahmen der Stromerzeugung, insbesondere der Stromkonstant- regelung und der Stromrichtersteuerung, tätig sind.
Hochstromanlagen dienen dazu, Drehstrom in Gleichstrom zu wandeln und den arbeitenden Anlagenkomponenten zur Verfügung zu stellen. Von einer Hochstromanlage spricht man ab einem zur Verfügung gestellten Gleichstrom von ca. 10.000 A, wobei bekannte Anlagen bis zu 400.000 A liefern. Solche Anlagen kommen überall dort zum Einsatz, wo extrem hohe Ströme benö¬ tigt werden, wie beispielsweise bei Elektrolyseanlagen, im Bereich der Stahlerzeugung wie auch der Herstellung von Nicht-Eisen-Metallen und im Chemiebereich. Viele derzeit noch im Betrieb befindliche Hochstromanlagen weisen zur Steue¬ rung/Regelung des gesamten Betriebs der Hochstromanlage eine zentrale Steuerungs-/Regelungseinheit auf, in der eine Viel¬ zahl vornehmlich analoger Komponenten beinhaltet sind, die die zentralen Aufgaben, nämlich die allgemeine Betriebssteue¬ rung (eingeleitet durch entsprechende manuelle Eingaben eines Bedieners oder von einer übergeordneten Befehlseinrichtung) wie die Überwachung des Anlagenbetriebs (durch Abgreifen und Verarbeiten von Sensorsignalen etc.) als auch die direkte Steuerung/Regelung der Leistungskomponenten, also derjenigen Aggregate, die der Stromerzeugung dienen, steuert/regelt. In der Regel sind diese Steuerungseinrichtungen aus prozessnot¬ wendigen Gründen mit speziellen oder speziell angepassten a- nalogen Komponenten realisiert worden. Das Layout der Steue- rungseinrichtung wurde relativ unstrukturiert gewählt, das heißt, dass eine funktionsspezifische Unterteilung einzelner Steuerungseinrichtungsgruppen nicht vorgenommen wurde, viel-
mehr sind häufig die einzelnen Komponenten, die beispielswei¬ se zur Steuerung der Leistungsbauteile wie z.B. der Thyristo¬ ren dienen, unstrukturiert innerhalb des gesamten Steuerungs¬ moduls verteilt. Dies macht es schwierig, solche Anlagen zu warten. Hinzu kommt, dass häufig auch die analogen Komponen¬ ten nicht mehr verfügbar sind, da sie aufgrund des zunehmen¬ den Übergangs zur digitalen Technik nicht mehr hergestellt werden. Für den Anwender bedeutet dies, dass er bei einem Ausfall eines solchen Bauteils die Anlage zumindest temporär nicht mehr nutzen kann und mit der Beschaffung eines Aus¬ tauschteils, das mitunter separat hergestellt werden muss, hohe Kosten verbunden sind.
Aber auch bei modernen Anlagen wird üblicherweise eine zent- rale Steuerungseinrichtung vorgesehen, die sämtliche Kompo¬ nenten, die für den Betrieb der Hochstromanlage erforderlich sind, beinhaltet, deren Komponenten wenngleich in digitaler Technik häufig ebenfalls speziell ausgeführt bzw. angepasst sind. Auch hier stellt sich das Problem, dass eine Wartung/ Reparatur im Falle eines Ausfalls einer solchen speziell her¬ gerichteten bzw. konzipierten Komponente nur sehr aufwendig möglich ist.
Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine Hoch- stromanlage anzugeben, die auch nach langer Zeit einfach ge¬ wartet bzw. wieder instand gesetzt werden kann.
Zur Lösung dieses Problems ist bei einer Hochstromanlage der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Steuerungs- und Überwachungsmittel und die Mittel zur direk¬ ten Steuerung und/oder Regelung der Leistungskomponenten in Form separater, voneinander getrennter, aber miteinander kom¬ munizierender Einheiten vorgesehen sind, die jeweils mittels wenigstens einer im Bedarfsfall austauschbaren, der Durchfüh- rung der jeweiligen Einheit spezifischen Funktion dienenden Standardkomponente realisiert sind.
Die erfindungsgemäße Hochstromanlage zeichnet sich dadurch aus, dass die Steuerungs- und Überwachungsmittel sowie die Mittel zur Leistungskomponentensteuerung in Form separater Betriebseinheiten oder Betriebsmodule realisiert sind, mithin also sowohl funktional als auch von der Grundkonzeptionierung und dem gesamten Anlagenlayout getrennte Einheiten oder Modu¬ le sind, anders als dies bisher der Fall war, wo sämtliche Elemente in einem gemeinsamen Steuerungskomplex mehr oder we¬ niger unstrukturiert zusammengefasst waren. Darüber hinaus werden zur Bildung der Einheiten ausschließlich Standardkom¬ ponenten verwendet, also Geräte, die vom Aufbau wie auch ih¬ rer Betriebsweise her kein Sonder- oder Spezialbauteil sind, sondern die unabhängig vom Einsatz stets gleich aufgebaut sind, ihre Funktion aber durch entsprechende Softwareapplika- tionen dem konkreten Einsatzzweck angepasst werden können.
Der erfindungsgemäß vorgesehene strukturierte funktionsspezi- fisch-modulare Aufbau ermöglicht es nun, zum einen eine kon¬ krete Zuordnung eines Bauteils zu einem bestimmten Funktions- modul bzw. einer Funktionseinheit vorzunehmen, um so im Falle einer Störung unmittelbar und gezielt die Störungsursache er¬ kennen zu können. Darüber hinaus bietet die Verwendung von Standardkomponenten die Möglichkeit, diese Standardkomponente gegen eine neue Standardkomponente auszutauschen, und zwar auch dann, wenn die originäre Standardkomponente nicht mehr verfügbar ist, nachdem die eigentliche Einrichtung und Anpas¬ sung an die Gegebenheiten durch geeignete Softwareapplikation erfolgt. Denn diese Standardkomponenten sind auf diese Weise vielseitig parametrierbar, können also dem jeweiligen Ein- satzzweck angepasst werden und unterscheiden sich in ihrem grundsätzlichen Aufbau nicht. Nachdem es sich um Standardbau¬ teile handelt, die in hoher Zahl benötigt und auch anderswo eingesetzt werden, stellt - anders als bisher bei der spe¬ ziellen Auslegung analoger oder digitaler Komponenten für den konkreten Einsatzzweck einer Hochstromanlage - die Beschaf¬ fung von Ersatzteilen kein Problem dar.
Um die beschriebenen Einheiten oder Module noch tiefer aufzu¬ lösen, sieht eine vorteilhafte Erfindungsausgestaltung vor, dass eine Einheit aus mehreren funktionsspezifischen, gegebe¬ nenfalls voneinander auch räumlich getrennten Untereinheiten besteht, die jeweils mittels wenigstens einer im Bedarf aus¬ tauschbaren, der Durchführung der jeweiligen Untereinheit spezifischen Standardkomponente realisiert sind. Das heißt, dass je nach Funktion, Größe und Auslegung einer Einheit meh¬ rere Untereinheiten mit speziellen spezifischen Funktionen realisiert werden können, die ihrerseits wiederum aus Stan¬ dardkomponenten aufgebaut sind. Das heißt, dass sich insge¬ samt ein modularer, aus Standard- oder handelsüblichen Kompo¬ nenten realisierter Aufbau ergibt, der zum einen in hohem Maß strukturiert ist, und der zum anderen die jederzeitige War- tung/lnstandsetzung infolge der Verwendung von handelsübli¬ chen Standardkomponenten gewährleistet.
Für eine einfache Kommunikation ist es ferner zweckmäßig, wenn die Einheiten und gegebenenfalls die Untereinheiten eine Einheit untereinander über einem Kommunikationsbus, vorzugs¬ weise einem Profibus DP, miteinander kommunizieren. Diese Buskommunikation minimiert mit besonderem Vorteil den Verka¬ belungsaufwand und verbessert die Störsicherheit. Ferner kön¬ nen über diese Buskommunikation auch räumlich getrennte Stan- dardkomponenten von Untereinheiten oder dergleichen, die z.B. der Erfassung von Sensorsignalen an entfernteren Orten der Anlage dienen, ohne weiteres in die Kommunikationsstruktur eingebunden werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er¬ geben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbei¬ spiel sowie anhand der Zeichnung.
In dieser ist in Form einer Prinzipskizze ein Strukturie- rungskonzept für eine Hochstromanlage für eine Elektrolyse¬ einrichtung gezeigt, dieses Konzept gilt aber ganz allgemein auch für anderen Einsatzzwecken dienenden Hochstromanlagen.
Die erfindungsgemäße Hochstromanlage umfasst zum einen Steue- rungs- und Überwachungsmittel 1, die im gezeigten Beispiel in Form einer ersten Bedien- und Steuereinheit I realisiert sind, wie nachfolgend noch im Detail beschrieben wird. Ferner sind Mittel 2 zur direkten Steuerung/Regelung von verschiede¬ nen Komponenten 3, 4 vorgesehen, welche Mittel 2 ebenfalls in Form einer abgeschlossenen Regeleinheit II realisiert sind.
Die Steuerungs- und Überwachungsmittel 1 umfassen zum einen eine Einrichtung 5, die der eigentlichen Steuerung und Über¬ wachung bzw. diesbezüglichen Datenverarbeitung dienen. Mit dieser verbunden ist eine Eingabeeinrichtung 6, über die der Benutzer Steuerbefehle, die seitens der Einrichtung 5 verar¬ beitet und umgesetzt werden sollen, gegeben werden können. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann die Einrichtung 5 auch über eine nicht näher gezeigte Busanbindung mit einem überge¬ ordneten Leitrechner verbunden sein, der entsprechende Steu¬ erbefehle gibt.
Die Einheit I besteht neben der Einrichtung 5, die ihrerseits bereits eine Untereinheit darstellt, aus weiteren Unterein¬ heiten 7, 8, die aus mehreren einzelnen Komponenten 9, 10 aufgebaut sind, bei denen es sich z.B. um dezentrale Ein- /Ausgabestationen für die Aufnahme von Ein- und Ausgaben han- delt . Während die Untereinheit 7 in unmittelbarer Nähe zur
Steuerungseinrichtung 5 angeordnet sein kann, kann die Unter¬ einheit 8 bzw. auch deren Komponenten 10 extern dazu an einem entfernten Ort oder auf mehrere entfernte Orte verteilt ange¬ ordnet sein. Die Kommunikation erfolgt in beiden Fällen be- vorzugt über eine Busleitung 11, die die Einheiten 8 und 7 mit der Einrichtung 5, die ebenfalls eine Einheit bildet, verbindet .
Bei allen Einrichtungen 5, 7 und 8 bzw. den Komponenten 9, 10 handelt es sich um Standardkomponenten, die funktionsspezi¬ fisch eingerichtet sind, jedoch keine Spezialanfertigungen
oder speziellen Auslegungen hinsichtlich des hardwaremäßigen Aufbaus erfahren haben.
Als Einrichtung 5 kann beispielsweise eine Steuerungs- und Überwachungseinheit aus der SIMATIC-Familie (SIMATIC = Typen¬ bezeichnung) der Anmelderin sein, während es sich bei den Einheiten 7 und 8 bzw. den Komponenten 9 bzw. 10 um Ein- /Ausgabestationen z.B. vom Typ ET 200 aus der Typen- oder Produktfamilie der Anmelderin handeln kann. Im Austauschfall ist also zum einen aufgrund der funktionsspezifischen Tren¬ nung der einzelnen Elemente wie auch der Verwendung von Stan¬ dardkomponenten, also von nicht einsatzspezifisch hergestell- ten/angepassten Komponenten ohne weiteres ein Austausch gegen ein entsprechendes Standardteil möglich, nachdem es sich um solche Komponenten handelt, die sehr häufig weltweit einge¬ setzt werden. Das heißt, die Verfügbarkeit ist auf sehr lange Sicht gewährleistet. Im Übrigen ist, selbst wenn für eine Standardkomponente ein Nachfolgemodell entwickelt wird, ein Austausch gewährleistet, nachdem wie beschrieben die Anpas- sung ausschließlich softwaremäßig erfolgt, so dass ein hard¬ waremäßiger Komponentenaustausch auf einfache Weise möglich ist .
In entsprechender Weise ist auch das Mittel 2 zur Steue- rung/Regelung der Leistungskomponenten modul- oder einheits¬ mäßig aufgebaut. Es besteht im gezeigten Ausführungsbeispiel aus mehreren Untereinheiten 12, die jeweils der Steuerung und Überwachung der Leistungskomponenten 4 dienen. Bei der Kompo¬ nente 3 kann es sich beispielsweise um ein Modul zur Strom- Istwert-Erfassung handeln, während die Leistungskomponente 4 die Transformatoren und Stromrichter beinhaltet. Auch zwi¬ schen den Untereinheiten 12 und der Einrichtung 5 erfolgt die Kommunikation über einen oder mehrere Busleitungen 11.
Auch bei den Untereinheiten 12 handelt es sich um Standard¬ komponenten, es können hier beispielsweise Elektronikkompo¬ nenten der SIMOREG-Familie (SIMOREG = Typenbezeichnung) der
Anmelderin verwendet werden. Im Falle einer über die Einheit 2 erfolgenden Stromkonstantregelung über Phasenanschnittsteu¬ erung kann beispielsweise ein Gerät "SIMOREG DC-Master" für einen Diodenstromrichter mit Transduktorsteuerung verwendet werden, während ein Gerät "SIMOREG CM" für einen Thyristor¬ stromrichter eingesetzt werden kann. Hinsichtlich der Vortei¬ le der Verwendung derartiger Standardkomponenten gelten obige Ausführungen gleichermaßen. Auch hier erfolgt die Anpassung an Schaltung und Stromrichterart etc. einzig über die Anzahl und den Typ der eingesetzten Standardkomponenten sowie den Parametersatz dieser Geräte, also über die softwaremäßige Konfiguration.
An dieser Stelle ist abschließend darauf hinzuweisen, dass die verwendeten Typenbezeichnungen der Anmelderin ("SIMATIC" bzw. "SIMOREG") ausschließlich exemplarischer Natur sind. Selbstverständlich können in jedem Fall auch andere Komponen¬ ten egal welchen Herstellers eingesetzt werden, so lange sie als Standardkomponenten ausgelegt sind.