WO2012163706A1 - Verfahren zum betrieb von redundanten analogausgängen und zugehörige einrichtung - Google Patents

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WO2012163706A1
WO2012163706A1 PCT/EP2012/059338 EP2012059338W WO2012163706A1 WO 2012163706 A1 WO2012163706 A1 WO 2012163706A1 EP 2012059338 W EP2012059338 W EP 2012059338W WO 2012163706 A1 WO2012163706 A1 WO 2012163706A1
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analog output
current
output module
manipulated variable
actuators
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PCT/EP2012/059338
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Inventor
Hubert GAMP
Walter Kreb
Werner SCHAG
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B9/00—Safety arrangements
    • G05B9/02—Safety arrangements electric
    • G05B9/03—Safety arrangements electric with multiple-channel loop, i.e. redundant control systems

Definitions

  • the invention relates to a method for operating redundantly interconnected analog output modules, which control the output current as a manipulated variable of e.g. Actuators, actuators, valves, etc., and whose total current corresponds to the manipulated variable.
  • a manipulated variable e.g. Actuators, actuators, valves, etc.
  • the invention relates to an associated device.
  • the manipulated variable is formed in redundant applications by adding the currents of two outputs, wherein a current distribution of the total current takes place.
  • the current outputs are ⁇ trolled by active current feedback measurement permanently kon.
  • this operation is given up and the non-faulty Ana ⁇ logausgabebaueria supplies the manipulated variable of the actuator to 100%.
  • the system is suddenly brought into the above-described state of the current distribution, eg the current distribution 50-50 with 50% output current in both channels. If the error still exists, ie the repair failed, the actuator is operated only with a control value of 50% until the error is detected by the current back measurement. This deviation moves the actuator and leads to malfunctions in process mode.
  • the invention has for its object to propose a method and a device of the type mentioned above, which avoids sudden changes in the manipulated variable.
  • the object is achieved on the one hand by a method having the features of claim 1.
  • the transition from singular operation to redundant operation takes place by single-phase, i. the addition of an analog output module to an existing analog output module takes place in that the output current of the existing analog output module is reduced and the output current in the analog output module to be switched is increased such that the total current during the time transition corresponds to the manipulated variable.
  • the object is achieved, on the other hand, by a method having the features of claim 2.
  • the transition from redundant operation to singular operation takes place here Phase out instead, ie the shutdown of an analog output module takes place in that the output current of the abschal ⁇ border analog output module is reduced and the output ⁇ stream of the other analog output module is increased such that the total current also during the time transition corresponds to the manipulated variable.
  • This allows an off ⁇ exchange an analog output module without the control variable is changed.
  • the phase-in and / or phase-out are monitored. In particular, when single-phase errors or disturbances in the analog output channel to be switched can be detected in this way.
  • a regulator with redundancy control which serves for the transition from the singular operation to the redundant operation by single-phase, ie to the addition of an analog output module to an existing analog output module, the output current of the existing analog output module reduced and the output current to be switched in the Analog output module is increased such that the Summenström during the time transition of the manipulated variable ent ⁇ speaks.
  • FIG. 2 shows a diagram with the method according to the invention for current regulation during the phase-in of two redundantly connected analog outputs
  • FIG. 3 shows a diagram with the method according to the invention for current regulation during the single-phase phase of two redundantly switched analog outputs in a first error case
  • FIG. 4 shows a diagram with the method according to the invention for current regulation during the phase-in of two redundantly connected analog outputs in a second error case.
  • FIG 1 a configuration with two redundant strigal ⁇ ended analog output modules AOL and A02 is shown which will provide the output current as the manipulated variable, eg for a comparable with them-bound actuator.
  • the two analog output modules AO1 and A02 are controlled by a controller 2 with redundancy control.
  • controller 2 with redundancy control.
  • the transition from singular to redundant operation should be as bounce-free as possible in order to minimize the impact on the running process.
  • the output currents II and 12 of the two Analogausga ⁇ bebauitati AOL and A02 according to the diagram in FIG 2 over the time t are controlled by the controller. 2
  • a slower compared to the process and the control speed transition of the upstream ⁇ distribution from 0-100 operation, for example in the 50-50 operation takes place, which is referred to as single phase.
  • the graph of the output current II of the faultless analog output module AO1 is shown dotted.
  • the output current II of the faultless analog output module AO1 is reduced to 50% via a current ramp.
  • the Hinzuschal ⁇ tion of the analog output module A02 takes place, starting from 0% of the output current shown by dashed lines 12 by the output current 12 at the same time over the same current ramp as the output current II of the analog output module AOl ver ⁇ enlarged, ie the summation current also corresponds during the time transition of manipulated variable.
  • phase-out By appropriate regulation of the current distribution during the transition from redundant to singular operation, one of the two analog output modules AO1 and A02, eg for replacement, can be taken out of the system without the manipulated variable being changed, which is referred to as phase-out.
  • the single phase is monitored by measuring the output currents II and 12 and determining the deviation from the given output currents. With a corresponding deviation, ie an error detection, the current ramp is aborted and the output current II is again controlled to 100% of the manipulated variable. Accordingly, the parking ⁇ size differs only briefly on its target value. In comparison to this, when the faulty analog output module A02 is put into operation without the phase-in, the manipulated variable would drop to 50% for a longer time, as shown in the right-hand part of the diagram. Such a burglary can have a significant impact on the process.
  • One-stage advantage is also provided by the fact that the analog output module A02 to be switched has a loose contact during the transition from the singular to the redundant mode. As shown in FIG. 3, this can be manifested by the fact that the output current 12 of the analog output module A02, after an initial rise, breaks in accordance with a current ramp. This can also be monitored by measuring the output currents II and 12. When an impermissible deviation of the output current 12 for the power ramp, after which the Ausga ⁇ Bestrom II the analog output module AOL is reduced, is aborted and the output current II is again controlled to 100% of the manipulated variable.

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Abstract

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren und eine Einrichtung zum Betrieb von redundant verschalteten Analogausgabebaugruppen (A01,A02) vorgeschlagen, die als Stellgröße von z.B. Aktoren (1), Stellantrieben, Ventilen usw. dienen und deren Summenstrom konstant ist. Der Übergang vom singulären Betrieb in den redundanten Betrieb findet durch Einphasen statt, d.h. die Hinzuschaltung einer Analogausgabebaugruppe (A02) zu einer bereits vorhanden Analogausgabebaugruppe (A01) erfolgt dadurch, dass der Ausgabestrom (I1) der vorhandenen Analogausgabebaugruppe (A01) reduziert und der Ausgabestrom (I2) der hinzu zu schaltenden Analogausgabebaugruppe (A02) derart vergrößert wird, dass der Summenstrom während des zeitlichen Übergangs der Stellgröße entspricht.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Betrieb von redundanten Analogausgängen und zugehörige Einrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb von redundant verschalteten Analogausgabebaugruppen, die den Ausgabestrom als Stellgröße von z.B. Aktoren, Stellantrieben, Ventilen usw., vorgeben und deren Summenstrom der Stellgröße ent- spricht.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine zugehörige Einrichtung.
Ein derartiges Verfahren und eine solche Einrichtung sind in der Praxis seit langem bekannt. Es ist dabei problematisch, dass die Aktoren, Stellantriebe, Ventile usw., die von Ana¬ logausgabebaugruppen gesteuert werden, sehr empfindlich auf sprunghafte Änderungen der Stellgröße reagieren. Aus Verfüg¬ barkeitsgründen werden für die Bildung der Stellgröße zwei Analogausgabegruppen verwendet, d.h. eine redundante Ansteue- rung. Nach Hinzufügen bzw. der Reparatur einer der Analogausgabebaugruppen oder eines Kanals soll ein möglichst prell¬ freier Übergang in den redundanten Betrieb erfolgen, um den Einfluss auf den laufenden Prozess so gering wie möglich zu halten.
Die Stellgröße wird in redundanten Anwendungen durch das Addieren der Ströme von zwei Ausgängen gebildet, wobei eine Stromaufteilung des Summenstroms erfolgt. Dabei werden die Stromausgänge durch aktive Stromrückmessung permanent kon¬ trolliert. Bei Störung einer der Analogausgabekanäle wird dieser Betrieb aufgegeben und die nicht fehlerbehaftete Ana¬ logausgabebaugruppe versorgt die Stellgröße des Aktors zu 100%. Nach Reparatur der Analogausgabebaugruppe oder des ge- störten Analogausgabekanals wird das System sprunghaft in den oben beschriebenen Zustand der Stromaufteilung, z.B. der Stromaufteilung 50-50 mit 50 % Ausgabestrom in beiden Kanälen gebracht. Falls der Fehler noch vorliegt, d.h. die Reparatur fehlgeschlagen ist, wird der Aktor nur mit einer Stellgröße von 50 % betrieben bis der Fehler durch die Stromrückmessung erkannt wird. Diese Abweichung verfährt den Aktor und führt zu Störungen im Prozessbetrieb.
Eine ähnliche Problematik ergibt sich, wenn nicht nur die Stellausgabe redundant erfolgt, sondern zur Erhöhung der Ver¬ fügbarkeit auch die Erfassung des Istsignals und daraus die Berechnung der Regelabweichung und des von jedem Analogaus- gang auszugebenden Stellsignals auf zwei voneinander unabhängigen Wegen erfolgt. Sind in diesem Fall z.B. die zwei Mess¬ umformer oder Sensoren für die Istwerterfassung nicht optimal auf den Prozess einjustiert, ergeben sich für die beiden Stellsignale leicht unterschiedliche Werte. Sofern die Ausga- be dann sofort vom 0-100 Betrieb in den 50-50 Betrieb um¬ schaltet, führt die Mischung der beiden leicht unterschiedli¬ chen Stellgrößenausgaben zu einem kleinen Stellgrößensprung, auch wenn ansonsten die Hardware und die Stellausgänge kor¬ rekt funktionieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung der oben genannten Art vorzuschlagen, die sprunghafte Änderungen der Stellgröße vermeidet. Die Aufgabe wird zum einen durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Dabei findet der Übergang vom singulären Betrieb in den redundanten Betrieb durch Einphasen statt, d.h. die Hinzuschaltung einer Analogausgabebaugruppe zu einer bereits vorhandenen Analogausgabebaugruppe erfolgt dadurch, dass der Ausgabestrom der bereits vorhandenen Analogausgabebaugruppe reduziert und der Ausgabestrom in der hinzu zu schaltenden Analogausgabebaugruppe derart vergrößert wird, dass der Summenstrom während des zeitlichen Übergangs der Stellgröße entspricht.
Die Aufgabe wird zum anderen durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 2 gelöst. Dabei findet der Übergang vom redundanten Betrieb in den singulären Betrieb durch Ausphasen statt, d.h. die Abschaltung einer Analogausgabebaugruppe erfolgt dadurch, dass der Ausgabestrom der abzuschal¬ tenden Analogausgabebaugruppe reduziert wird und der Ausgabe¬ strom der anderen Analogausgabebaugruppe derart vergrößert wird, dass der Summenstrom auch während des zeitlichen Übergangs der Stellgröße entspricht. Dies ermöglicht einen Aus¬ tausch einer Analogausgabebaugruppe, ohne dass die Stellgröße verändert wird. Besonders vorteilhaft ist es außerdem, wenn gemäß Anspruch 3 das Einphasen und/oder Ausphasen überwacht werden. Insbesondere beim Einphasen können auf diese Weise Fehler oder Störungen in dem hinzu zu schaltenden Analogausgabekanal erfasst werden .
Die weitere Aufgabe wird zum einen durch eine Einrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 5 gelöst. Dabei ist ein Regler mit Redundanzsteuerung vorgesehen, der zum Übergang vom sin- gulären Betrieb in den redundanten Betrieb durch Einphasen dient, d.h. zur Hinzuschaltung einer Analogausgabebaugruppe zu einer bereits bestehenden Analogausgabebaugruppe, wobei der Ausgabestrom der bestehenden Analogausgabebaugruppe reduziert und der Ausgabestrom in der hinzu zu schaltenden Analogausgabebaugruppe derart vergrößert wird, dass der Summen- ström während des zeitlichen Übergangs der Stellgröße ent¬ spricht .
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
FIG 1 eine Konfiguration mit redundanten Analogausgängen gemäß dem Stand der Technik,
FIG 2 ein Diagramm mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Stromregelung beim Einphasen von zwei redundant ver- schalteten Analogausgängen,
FIG 3 ein Diagramm mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Stromregelung beim Einphasen von zwei redundant ver- schalteten Analogausgängen in einem ersten Fehlerfall und
FIG 4 ein Diagramm mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Stromregelung beim Einphasen von zwei redundant ver- schalteten Analogausgängen in einem zweiten Fehlerfall.
In FIG 1 ist eine Konfiguration mit zwei redundant verschal¬ teten Analogausgabebaugruppen AOl und A02 dargestellt, die den Ausgabestrom als Stellgröße z.B. für einen mit ihnen ver- bundenen Aktor 1 vorgeben. Die beiden Analogausgabebaugruppen AOl und A02 werden von einem Regler 2 mit Redundanzsteuerung gesteuert. Üblicherweise findet eine Stromaufteilung statt, bei der jeder der beiden Analogausgabebaugruppen AOl und A02 50 % der Stellgröße übernimmt, jedoch ist auch eine beliebige Stromaufteilung möglich.
Nach Hinzufügen bzw. der Reparatur einer der Analogausgabebaugruppen AOl und A02 oder eines Kanals soll der Übergang vom singulären in den redundanten Betrieb möglichst prellfrei erfolgen, um den Einfluss auf den laufenden Prozess so gering wie möglich zu halten. Um dies zu erreichen, werden mit dem Regler 2 die Ausgabeströme II und 12 der beiden Analogausga¬ bebaugruppen AOl und A02 gemäß dem Diagramm in FIG 2 über die Zeit t gesteuert. Dabei findet ein im Vergleich zum Prozess und der Regelgeschwindigkeit langsamer Übergang der Stromauf¬ teilung vom 0-100 Betrieb, z.B. in den 50-50 Betrieb statt, der als Einphasen bezeichnet wird. Im Diagram ist der Verlauf des Ausgabestroms II der fehlerfreien Analogausgabebaugruppe AOl punktiert dargestellt. Ausgehend von zunächst 100 % wird der Ausgabestrom II der fehlerfreien Analogausgabebaugruppe AOl über eine Stromrampe auf 50 % reduziert. Die Hinzuschal¬ tung der Analogausgabebaugruppe A02 erfolgt, ausgehend von zunächst 0 % des gestrichelt dargestellten Ausgabestroms 12, indem der Ausgabestrom 12 zeitgleich über dieselbe Stromrampe wie der Ausgabestrom II der Analogausgabebaugruppe AOl ver¬ größert wird, d.h. der Summenstrom entspricht auch während des zeitlichen Übergangs der Stellgröße. Durch entsprechende Regelung der Stromaufteilung beim Übergang vom redundanten in den singulären Betrieb kann eine der beiden Analogausgabebaugruppen AOl und A02, z.B. zum Austausch, aus dem System genommen werden, ohne dass dabei die Stellgröße verändert wird, was als Ausphasen bezeichnet wird.
Im Diagramm nach FIG 3 ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Stromregelung beim Einphasen von zwei redundant verschalteten Analogausgabebaugruppen AOl und A02 dargestellt, wenn z.B. die hinzu zu schaltende Analogausgabebaugruppe A02 einen
Drahtbruch aufweist. In diesem Fall ist erkennbar, dass der Ausgabestrom 12 der Analogausgabebaugruppe A02 weiterhin 0 % beträgt, nachdem bereits der Ausgabestrom II der Analogausga¬ bebaugruppe AOl gemäß der Stromrampe reduziert wurde.
Um dies zu erkennen, wird das Einphasen überwacht, indem die Ausgabeströme II und 12 gemessen werden und die Abweichung von den vorgegebenen Ausgabeströmen ermittelt wird. Bei einer entsprechenden Abweichung, d.h. einer Fehlererkennung, wird die Stromrampe abgebrochen und der Ausgabestrom II wieder auf 100 % der Stellgröße gesteuert. Demzufolge weicht die Stell¬ größe nur kurzzeitig von ihrem Sollwert ab. Im Vergleich hierzu würde sich bei einer Inbetriebnahme einer fehlerhaften Analogausgabebaugruppe A02 ohne das Einphasen für längere Zeit ein Einbruch der Stellgröße auf 50 % ergeben, wie im rechten Teil des Diagramms dargestellt. Ein solcher Einbruch kann erhebliche Auswirkungen auf den Prozess haben.
Einen Vorteil bringt das Einphasen auch mit sich, wenn die hinzu zu schaltende Analogausgabebaugruppe A02 beim Übergang vom singulären in den redundanten Betrieb einen Wackelkontakt aufweist. Wie in FIG 3 dargestellt, kann sich dies dadurch bemerkbar machen, dass der Ausgabestrom 12 der Analogausgabebaugruppe A02 nach anfänglichem Anstieg gemäß einer Stromram- pe einbricht. Auch dies kann durch Messung der Ausgabeströme II und 12 überwacht werden. Bei einer unzulässigen Abweichung des Ausgabestroms 12 für die Stromrampe, nach der der Ausga¬ bestrom II der Analogausgabebaugruppe AOl reduziert wird, wird abgebrochen und der Ausgabestrom II wieder auf 100 % der Stellgröße gesteuert.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb von redundant verschalteten Analogausgabebaugruppen (A01,A02), die den Ausgabestrom als Stell- große von z.B. Aktoren (1), Stellantrieben, Ventilen usw. vorgeben und deren Summenstrom der Stellgröße entspricht, da¬ durch gekennzeichnet, dass der Übergang vom singulären Betrieb in den redundanten Betrieb durch Einphasen stattfindet, d.h. die Hinzuschaltung der Analogausgabebaugruppe (A02) zu der bereits vorhandenen Analogausgabebaugruppe (AOl) dadurch erfolgt, dass der Ausgabestrom (II) der vorhandenen Analogausgabebaugruppe (AOl) reduziert und der Ausgabestrom (12) in der hinzu zu schaltenden Analogausgabebaugruppe (A02) derart vergrößert wird, dass der Summenstrom während des zeitlichen Übergangs der Stellgröße entspricht.
2. Verfahren zum Betrieb von redundant verschalteten Analogausgabebaugruppen (A01,A02), die als Stellgröße von z.B. Aktoren (1), Stellantrieben, Ventilen usw. dienen und deren Summenstrom konstant ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang vom redundanten Betrieb in den singulären Betrieb durch Ausphasen stattfindet, d.h. die Abschaltung der Analogausgabebaugruppe (A02) dadurch erfolgt, dass der Ausgabestrom (12) der abzuschaltenden Analogausgabebaugruppe (A02) redu- ziert wird und der Ausgabestrom (II) der anderen Analogausga¬ bebaugruppe (AOl) derart vergrößert wird, dass der Summen¬ strom während des zeitlichen Übergangs der Stellgröße ent¬ spricht .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Einphasen oder Ausphasen überwacht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgabeströme (11,12) gemessen werden und eine Abweichung von den vorgegebenen Ausgabeströmen (11,12) ermittelt wird.
5. Einrichtung zum Betrieb von redundant verschalteten Analogausgabebaugruppen (A01,A02), die als Stellgröße von z.B. Aktoren (1), Stellantrieben, Ventilen usw. dienen und deren Summenstrom konstant ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Regler (1) mit Redundanzsteuerung vorgesehen ist, der zum Übergang vom singulären Betrieb in den redundanten Betrieb durch Einphasen dient, d.h. zur Hinzuschaltung der Analogausgabebaugruppe (A02) zu der bereits vorhandenen Analogausgabe¬ baugruppe (AOl), wobei der Ausgabestrom (II) der vorhandenen Analogausgabebaugruppe (AOl) reduziert und der Ausgabestrom (12) der hinzu zu schaltenden Analogausgabebaugruppe (A02) derart vergrößert wird, dass der Summenstrom während des zeitlichen Übergangs der Stellgröße entspricht.
PCT/EP2012/059338 2011-05-27 2012-05-21 Verfahren zum betrieb von redundanten analogausgängen und zugehörige einrichtung WO2012163706A1 (de)

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DE2913371A1 (de) * 1978-04-04 1979-10-18 Bailey Controle Verfahren und system zur ablaufsteuerung
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