WO2013020593A1 - Betrieb einer technischen anlage - Google Patents

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WO2013020593A1
WO2013020593A1 PCT/EP2011/063768 EP2011063768W WO2013020593A1 WO 2013020593 A1 WO2013020593 A1 WO 2013020593A1 EP 2011063768 W EP2011063768 W EP 2011063768W WO 2013020593 A1 WO2013020593 A1 WO 2013020593A1
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WO
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components
tai
determined
generated
plant
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PCT/EP2011/063768
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English (en)
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Inventor
Ralf Klößinger
Jörg NEIDIG
Thilo Stolper
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • 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
    • 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
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/418—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM]
    • G05B19/41885—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM] characterised by modeling, simulation of the manufacturing system
    • 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
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/20—Pc systems
    • G05B2219/24—Pc safety
    • G05B2219/24001—Maintenance, repair
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a technical system and a use of the method for maintenance or repair of a technical system.
  • the invention has for its object to provide an improved method for free or connection of components of a technical system, in particular for their maintenance or repair.
  • the object is achieved according to the invention in terms of the free and Zugess components of a technical system by the features of claim 1 and in terms of maintenance or repair of a technical system by the features of claim 8.
  • a free or add-on schedule is automatically generated for at least one first component of the system on the basis of a system model which describes at least one system structure of the system and a functional sequence of a process to be carried out by the system.
  • second components of the system are determined, which must also be enabled or switched to produce a defined as safe process state.
  • Interrupting an energy- or substance-carrying line here means the interruption of the energy or substance transport via this line.
  • Systematically and automatically further (second) components are determined which also have to be enabled or disabled during the release or connection of the first components to ensure a safe and controlled process status to enable.
  • second components are determined which also have to be enabled or disabled during the release or connection of the first components to ensure a safe and controlled process status to enable.
  • a plant part of the plant is advantageously determined, the components of which must be enabled or disabled together with the first components.
  • the free or Zuschaltplan is generated in the form of a schedule of steps, so that the free or to ⁇ circuit advantageously automated according to this schedule can be performed.
  • energy storage enabled first and / or second Kom ⁇ components are additionally determined and generated steps for energy storage by means of these components or to the release means of this stored energy components.
  • the separation units are determined for the intended free or switching by be searched based on the system structure with the at least one first component connected INTR ⁇ gene of the plant by means of a path search for separation ⁇ units.
  • separation units for releasing or connecting the at least one first component are systematically found.
  • the separation units are also ordered in terms of their distance from the at least one first component. This may be advantageous way ⁇ frequently, since the use of separation units of the at least a first component as close as possible, the number of affected by the outdoor or other switching components (and thus the number of second components) may reduce.
  • operating data via ei ⁇ NEN current operating state of the plant are detected during a further operation of the plant and used in the preparation of the free or Zuschaltplans.
  • the system model can be supplemented with information about a current operating state of the system and this information can be taken into account when enabling or switching on. For example, it is possible to react to a failure of components, separation units or lines of the system and the free or Zuschaltplan be adjusted accordingly. For example, sensor signals from sensors of the system are used as operating data.
  • Such sensor signals are usually detected anyway during the operation of a system, so that their acquisition advantageously requires no additional effort and causes no additional costs.
  • separation units for interrupting the determined energy- or material-carrying lines can be detected and used as operating data.
  • the inventive method is used in particular for the maintenance or repair of a technical system.
  • According to the generated free or add-on schedule components of the system are then enabled before maintenance or repair and / or switched on after maintenance or repair of the system.
  • the inventive method is particularly beneficial ⁇ way for use in a maintenance or repair of a system, since this free-particularly common individual components of the system and are then reconnected müs- sen.
  • the advantages of the method can since as used for maintenance or repair of a system who the.
  • the generation of error messages relating to these components is preferably suppressed during an activation and / or a connection of the first and second components.
  • error messages are automatically generated when components are switched off or on in order to warn of and react to possible failure or uncontrolled activation of components.
  • components are switched on or off in a controlled manner, so that a generation of error messages relating to these components is neither necessary nor desirable during the activation or connection process, and suppression of such error messages is therefore advantageous.
  • An are preferably would be operating data via a current operating state of the plant acquired and operating data based on the detected loading is checked whether the operations of the genetic ⁇ tured unlock schedule are performed correctly.
  • operation data on a current operating state of the plant are detected after the maintenance or repair of the system and based on the detected operating data is checked as to whether the operations of GE ⁇ ner believing Zuschaltplans be performed without error.
  • 1 shows a flow diagram of a method for generating open and closed-loop plans
  • FIG. 1 illustrated automated plant
  • FIG. 5 shows a hierarchical structure of the presented in Figure 2 Darge automation system.
  • the Appendices gene model comprises a functional system structure 1 of the An ⁇ location, a construction diagram 2 of the system, a rule base 3, and a process model 4 of a feeding from the plant through ⁇ process.
  • the outdoor and Zuschaltivity 6 are automatically generated on the basis of the plant model of a realized by a computer program ⁇ generator. 5
  • the functional plant structure 1 describes the plant hierarchically structured according to functional aspects. On the basis of the functional plant structure 1, in particular he can be averaged, which components of the system contribute to a jewei time function of the system.
  • the construction plan 2 describes the technical structure of the system, ie the components of the system and the lines connecting these components ⁇ Comp.
  • the design plan 2 includes electrical plans and / or piping plans for networking components of the plant. From the design plan 2, therefore, the components of the system and their connections can be seen. From the design plan 2 can thus be derived in particular the energetic and material flows within the system.
  • the rule base 3 describes special, in particular application or process-specific requirements for the release and connection of individual components of the installation. This includes, for example, the specification of relevant lines connected to these components and, at the same time, the identification of less important connections to these components (eg the information that control lines do not necessarily have to be interrupted). Further, this characterization of separation units include, for free or switching on of components of the plant, for example with regard to the removal of such separation units from a respective free or zuzuchaden component (eg. B .: target are sought, the separation unit, which the Kom ⁇ component on is next?) and / or (as to the scope of an acquittal or activation z.
  • the process model 4 simulates a functional process of the process in the plant. It models, for example, how material is transported through the plant taking into account transport conditions between components of the plant and their capacities.
  • Free and Zuschaltrion 6 can be generated by means of the generator 5 on ⁇ line or offline. Offline here means that free and connection plans 6 for all components of the system are generated and stored for a specific system version.
  • an activation plan 6 is created shortly before the maintenance of a component based on the current system. In the following, only the online generation is executed, since the offline generation can be derived from this.
  • the following steps are software support for determining an activation plan ⁇ 6 automatically:
  • the separation will be units voltage (valves, fuses, etc.) searched for at first based on the construction plan 2, this component can be unlocked with wel ⁇ chen.
  • the ⁇ which verbun screened with the component cables by means of a path search.
  • the search ⁇ strategy takes into account the rule base.
  • an activation plan 6 is generated in the form of a sequence diagram of steps for interrupting the energy or material-carrying lines connected to the first component or the second components and switching off these components.
  • FIG. 2 schematically shows an automation system with four designed as a transport system TAI
  • Transport belts Bl .1 to B2.2 which are each driven by a motor Ml .1 to M2.2.
  • FIG 3 shows an electrical connection of the transport system ⁇ TAI.
  • Each motor Ml .1 to M2.2 is powered by a converter Ul .1 to U2.2 with energy.
  • the transport system TAI is divided into two conveyor lines FS1, FS2, which are secured electrically in each case with its own electrical part ⁇ fuse Sl, S2.
  • the entire transport system ⁇ TAI has been closed ⁇ to an electrical power supply NES.
  • the latter comprises a voltage source PB01, is secured via a total electrical fuse SO and off with ⁇ means of an electric switch SA1.
  • the inverter Ul .1 to U2.2 are further includes a control circuit ⁇ B with a controller for controlling the K0 Umrich- Ul .1 to U2.2 connected.
  • the conveyor belts Bl .1 to B2.2, motors Ml .1 to M2.2 and converters Ul .1 to U2.2 form components of the transport system TAI, the partial fuses Sl, S2, the total Siche ⁇ tion SO and the switch SAl form separation units in the above sense.
  • the rule base 3 for the operation of the transport system TAI contains the following rules a) to e) for the activation of a component Ml .1 to M2.2, Ul .1 to U2.2, Bl .1 to B2.2 of the transport system TAI: a ) Electrical equipment must be disconnected from a 230V or 400V connection.
  • separation units are to be used which are as close as possible to the component.
  • Figure 5 schematically shows a hierarchical structure of the transport system TAI according to the functional system structure 1.
  • the hierarchical structure of the compo ⁇ components and subsystems is represented by indentations.
  • the motor M2.2 belongs to the conveyor belt B2.2, conveyor belt B2.2 turn to the conveyor line FS2, etc.
  • the process model 4 for the flow of a transport process to be performed with the transport system ⁇ TAI describes that an object on all conveyor belts will be transported Bl .1 to B2.2 in the order Bl.l, B1.2, B2.1, B2.2 ,
  • control line B need not be considered (rule b) of the rule base 3).

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer technischen Anlage (TA1), bei dem anhand eines Anlagenmodells für wenigstens eine erste Komponente (B1.1 bis B2.2, M1.1 bis M2.2, U1.1 bis U2.2 ) der Anlage (TA1) automatisch ein Frei- oder Zuschaltplan (6) generiert wird. Dabei werden zweite Komponenten (B1.1 bis B2.2, M1.1 bis M2.2, U1.1 bis U2.2 ) der Anlage (TA1) ermittelt, die ebenfalls frei- oder zugeschaltet werden müssen, und es wird ein Ablaufplan von Arbeitsschritten zum Unterbrechen bzw. Wiederherstellen der mit den ersten und zweiten Komponenten (B1.1 bis B2.2, M1.1 bis M2.2, U1.1 bis U2.2 ) verbundenen energie- oder stoffführenden Leitungen und zum Ab- bzw. Zuschalten der ersten und zweiten Komponenten (B1.1 bis B2.2, M1.1 bis M2.2, U1.1 bis U2.2 ) generiert.

Description

Beschreibung
Betrieb einer technischen Anlage
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer technischen Anlage und eine Verwendung des Verfahrens zur Wartung oder Instandsetzung einer technischen Anlage.
Ein wichtiger Vorgang bei der Wartung und Instandsetzung von technischen Anlagen ist das so genannte Frei- und Zuschalten von Komponenten der Anlage. Unter dem Freischalten einer Komponente wird dabei verstanden, dass die betroffene Komponente energielos geschaltet und alle Leitungen zu und von der Kom¬ ponente verriegelt werden. Beispielsweise müssen Sicherungen geöffnet und/oder Ventile geschlossen werden. Unter den Begriff des Zuschaltens einer Komponente wird der umgekehrte Prozess gefasst, also die schrittweise Wiederinbetriebnahme von Komponenten.
Eine nicht bestimmungsgemäße Durchführung der Frei- und Zu- schaltung kann zu erheblichem Schaden an Personen und Anlagen führen. Da eine sorgfältige Durchführung der entsprechenden Arbeitsschritte notwendig ist, um den potentiellen Schaden von Personen und der Anlage abzuwenden, sind die Arbeitsschritte in der Regel stark reglementiert und strengen Anfor¬ derungen unterworfen. Frei- und Zuschaltprozesse werden ge¬ genwärtig für die einzelnen Komponenten im Wesentlichen aufwändig manuell entworfen und festgelegt. Insbesondere bei großen oder komplexen Anlagen ist dieser Entwurf jedoch sehr arbeitsintensiv und fehleranfällig.
Zwar existieren Softwareprodukte zur Unterstützung von Entwürfen von Frei- und Zuschaltprozessen. Diese beschränken sich jedoch auf die Bereitstellung von Bibliotheken mit vorkonfigurierten Bausteinen und/oder der grafischen Unterstützung derartiger Entwürfe. Überlegungen, welche Arbeitsschrit¬ te für eine jeweilige Komponente notwendig sind, werden dabei immer noch einzeln getroffen. Um die Komplexität dieser Aufgabe bei großen Anlagen zu be¬ wältigen, werden beispielsweise Vorlagen verwendet, die bei einer identischen Anordnung von Komponenten wiederverwendet werden können. Kommt es jedoch beim Aufbau von Teilanlagen zu Unterschieden, müssen diese wieder individuell betrachtet werden.
Ein alternatives Konzept ist der Versuch, das Freischalten nicht für einzelne Komponenten, sondern nur für größere Teilbereiche einer Anlage zu definieren. Dadurch werden allerdings in der Regel deutlich mehr Komponenten freigeschaltet als notwendig, wodurch der Betrieb der Anlage unnötig ein¬ schränkt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Frei- oder Zuschaltung von Komponenten einer technischen Anlage, insbesondere zu deren Wartung oder Instandsetzung anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich des Frei- und Zuschaltens von Komponenten einer technischen Anlage durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Wartung oder Instandsetzung einer technischen Anlage durch die Merkmale des Anspruchs 8 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer technischen Anlage wird anhand eines Anlagenmodells, das wenigstens eine Anlagenstruktur der Anlage und einen funktionalen Ablauf eines von der Anlage durchzuführenden Prozesses beschreibt, für wenigstens eine erste Komponente der Anlage automatisch ein Frei- oder Zuschaltplan generiert. Dazu werden zweite Komponenten der Anlage ermittelt, die ebenfalls frei- oder zugeschaltet werden müssen, um einen als sicher definierten Prozesszustand herzustellen. Ferner werden alle mit ersten und zweiten Komponenten verbundenen energie- oder stoffführenden Leitungen der Anlage und Trennungseinheiten zum Unterbrechen der ermittelten energie- oder stoffführenden Leitungen bestimmt. Daraus wird ein Ablaufplan von Arbeitsschritten zum Unterbrechen der ermittelten energie- oder stoffführenden Leitungen und Abschalten der ersten und zweiten Komponenten oder zum Aufheben von Unterbrechungen der ermittelten energie- oder stoffführenden Leitungen und Anschalten der ersten und zweiten Komponenten generiert.
Unter einem Unterbrechen einer energie- oder stoffführenden Leitung wird hier die Unterbrechung des Energie- oder Stofftransportes über diese Leitung verstanden.
Erfindungsgemäß werden also Frei- oder Zuschaltpläne für ein¬ zelne Komponenten einer technischen Anlage automatisch generiert. Dadurch wird der Aufwand zur Planung und Durchführung von Frei- oder Zuschaltungen von Komponenten technischer Anlagen gegenüber einer im Wesentlichen manuellen komponentenweisen Planung vorteilhaft deutlich reduziert. Außerdem reduziert die automatisierte Generierung von Frei- oder Zuschalt¬ plänen die Fehleranfälligkeit derartiger Pläne gegenüber de¬ ren manueller Erstellung gerade bei komplexen Anlagen erheblich, da bei manueller Erstellung viele potentielle Fehlerquellen leicht übersehen werden können.
Bei der Generierung der Frei- und Zuschaltpläne wird erfin¬ dungsgemäß sowohl die Anlagenstruktur als auch der funktionale Ablauf eines von der Anlage durchgeführten Prozesses be¬ rücksichtigt. Dadurch werden vorteilhaft sowohl die Anlage als Ganzes als auch prozessspezifische Gegebenheiten berück¬ sichtigt, so dass die Auswirkungen der Frei- und Zuschaltun¬ gen auf den Prozess minimiert werden können.
Dabei werden systematisch und automatisiert weitere (zweite) Komponenten ermittelt, die bei der Frei- bzw. Zuschaltung erster Komponenten ebenfalls frei- bzw. zugeschaltet werden müssen, um einen sicheren und kontrollierten Prozesszustand zu ermöglichen. Dadurch wird vorteilhaft ein Anlagenteil der Anlage ermittelt, dessen Komponenten zusammen mit den ersten Komponenten frei- oder zugeschaltet werden müssen.
Ferner werden diejenigen Leitungen der Anlage ermittelt, die für die Frei- bzw. Zuschaltung der Komponenten relevant sind, und es wird ermittelt, auf welche Weise diese Leitungen un¬ terbrochen werden können. Dadurch wird vorteilhaft systematisch nach Frei- bzw. Zuschaltmöglichkeiten der Komponenten gesucht .
Der Frei- bzw. Zuschaltplan wird in Form eines Ablaufplans von Arbeitsschritten generiert, so dass die Frei- bzw. Zu¬ schaltung vorteilhaft automatisiert gemäß diesem Ablaufplan durchgeführt werden kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden zusätzlich energiespeicherungsfähige erste und/oder zweite Kom¬ ponenten ermittelt und Arbeitsschritte zur Energie- speicherung mittels dieser Komponenten oder zur Freigabe mittels dieser Komponenten gespeicherter Energie generiert.
Dadurch können bei der Frei- bzw. Zuschaltung von Komponenten der Anlage auch energetisch relevante Aspekte berücksichtigt werden und der Frei- bzw. Zuschaltungsprozess auch hinsicht¬ lich eines Energieverbrauches optimiert werden. Dies spart vorteilhaft Energiekosten bei der Frei- bzw. Zuschaltung von Komponenten ein.
Vorzugsweise werden Trennungseinheiten zum vorgesehenen Freioder Zuschalten ermittelt, indem anhand der Anlagenstruktur mit der wenigstens einen ersten Komponente verbundene Leitun¬ gen der Anlage mittels einer Pfadsuche nach Trennungs¬ einheiten abgesucht werden.
Dadurch werden systematisch Trennungseinheiten zum Frei- oder Zuschalten der wenigstens einen ersten Komponente gefunden. Insbesondere können durch eine von der wenigstens einen ers- ten Komponente ausgehende Pfadsuche die Trennungseinheiten auch hinsichtlich ihrer Entfernung von der wenigstens einen ersten Komponente geordnet werden. Dies kann häufig vorteil¬ haft sein, da die Verwendung von Trennungseinheiten, die der wenigstens einen ersten Komponente möglichst nahe sind, auch die Anzahl von durch die Frei- oder Zuschaltung betroffenen weiteren Komponenten (und damit die Anzahl zweiter Komponenten) reduzieren kann.
Des Weiteren werden vorzugsweise zur Ermittlung der zweiten Komponenten funktionale Abhängigkeiten zwischen den Komponen- ten der Anlage ermittelt und berücksichtigt .
Durch die Ermittlung funktionaler Abhängigkeiten zwischen den Komponenten der Anlage können zunächst diejenigen Komponenten bestimmt werden, die wegen einer funktionalen Abhängigkeit mit einer ersten Komponente bei deren Frei- oder Zuschaltung ebenfalls frei- oder zugeschaltet werden müssen. Derartige Komponenten werden daher als zweite Komponenten ausgewählt. Danach kann untersucht werden, für welche weiteren Komponenten der Anlage funktionale Abhängigkeiten mit diesen bereits ermittelten zweiten Komponenten bestehen und welche daher ebenfalls frei- bzw. zugeschaltet werden müssen usw. Dies er¬ möglicht somit vorteilhaft eine iterative Ermittlung aller frei- bzw. zuzuschaltenden zweiten Komponenten.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden ferner während eines Betriebes der Anlage Betriebsdaten über ei¬ nen aktuellen Betriebszustand der Anlage erfasst und bei der Erstellung des Frei- oder Zuschaltplans verwendet.
Dadurch kann das Anlagenmodell um Informationen über einen aktuellen Betriebszustand der Anlage ergänzt werden und diese Informationen können bei der Frei- bzw. Zuschaltung berücksichtigt werden. Beispielsweise kann auf einen Ausfall von Komponenten, Trennungseinheiten oder Leitungen der Anlage reagiert werden und der Frei- bzw. Zuschaltplan entsprechend angepasst werden. Als Betriebsdaten werden beispielsweise Sensorsignale von Sensoren der Anlage verwendet.
Derartige Sensorsignale werden in der Regel ohnehin während des Betriebes einer Anlage erfasst, so dass ihre Erfassung vorteilhaft keinen zusätzlichen Aufwand erfordert und keine zusätzlichen Kosten verursacht.
Alternativ oder zusätzlich können als Betriebsdaten Trennungseinheiten zum Unterbrechen der ermittelten energie- oder stoffführenden Leitungen erfasst und verwendet werden.
Beispielsweise können von einem Instandhalter mittels eines mobilen Endgerätes für die Frei- oder Zuschaltung relevante Trennungseinheiten wie Schalter oder Ventile identifiziert werden, z. B. durch Auslesen von an Trennungseinheiten angeordneten Barcodes oder Transpondern. Dies ist vorteilhaft, da möglicherweise nicht alle Trennungseinheiten in dem Anlagenmodell gelistet oder ausreichend beschrieben sind. Ferner kann auf diese Weise das Anlagenmodell überprüft und erfor¬ derlichenfalls aktualisiert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere zur Wartung oder Instandsetzung einer technischen Anlage verwendet. Dabei wird mittels des Verfahrens vor der Wartung oder Instand¬ setzung ein Freischaltplan für das Freischalten oder/und es wird vor, während oder nach der Wartung oder Instandsetzung ein Zuschaltplan für das Zuschalten wenigstens einer Komponente der Anlage generiert. Gemäß dem generierten Frei- bzw. Zuschaltplan werden dann Komponenten der Anlage vor der Wartung oder Instandsetzung freigeschaltet und/oder nach der Wartung oder Instandsetzung der Anlage zugeschaltet.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders vorteil¬ haft zur Verwendung bei einer Wartung oder Instandsetzung einer Anlage, da dabei besonders häufig einzelne Komponenten der Anlage frei- und danach wieder zugeschaltet werden müs- sen. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens können da bei zur Wartung oder Instandsetzung einer Anlage genutzt wer den .
Dabei wird vorzugsweise während einer Freischaltung und/oder einer Zuschaltung erster und zweiter Komponenten die Generie rung von Fehlermeldungen, die diese Komponenten betreffen, unterdrückt .
In vielen Anlagen werden beim Ab- oder Anschalten von Komponenten automatisch Fehlermeldungen generiert, um vor einem möglichen Ausfall oder unkontrollierten Anschalten von Kompo nenten zu warnen und darauf reagieren zu können. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden jedoch Komponenten kontrolliert frei- oder zugeschaltet, so dass während des Frei- bzw Zuschaltvorganges eine Generierung von, diese Komponenten betreffenden, Fehlermeldungen weder nötig noch erwünscht ist und eine Unterdrückung derartiger Fehlermeldungen daher vorteilhaft ist.
Ferner werden während der Wartung oder Instandsetzung der An läge vorzugsweise Betriebsdaten über einen aktuellen Betriebszustand der Anlage erfasst und anhand der erfassten Be triebsdaten wird überprüft, ob die Arbeitsschritte des gene¬ rierten Freischaltplans fehlerfrei durchgeführt werden. Al¬ ternativ oder zusätzlich werden nach der Wartung oder Instandsetzung der Anlage Betriebsdaten über einen aktuellen Betriebszustand der Anlage erfasst und anhand der erfassten Betriebsdaten wird überprüft, ob die Arbeitsschritte des ge¬ nerierten Zuschaltplans fehlerfrei durchgeführt werden.
Dadurch kann vorteilhaft die Durchführung generierter Frei- und Zuschaltpläne überwacht werden und auf eine fehlerhafte Durchführung reagiert werden.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam- menhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen:
FIG 1 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Generierun von Frei- und Zuschaltplänen,
FIG 2 schematisch eine automatisierungstechnische Anlage
FIG 3 eine elektrische Verschaltung der in Figur 2 darge stellten automatisierungstechnischen Anlage,
FIG 4 schematisch einen vereinfachten Elektroplan der in
Figur 2 dargestellten automatisierungstechnischen Anlage und
FIG 5 eine hierarchische Gliederung der in Figur 2 darge stellten automatisierungstechnischen Anlage.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt vereinfacht ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur automatischen Generierung von Frei- und/oder Zuschaltplänen 6. Bei dem Verfahren werden Da ten eines Anlagenmodells verwendet und ausgewertet. Das Anla genmodell umfasst eine funktionale Anlagenstruktur 1 der An¬ lage, einen Konstruktionsplan 2 der Anlage, eine Regelbasis 3 und ein Prozessmodell 4 eines von der Anlage durch¬ zuführenden Prozesses. Die Frei- und Zuschaltpläne 6 werden anhand des Anlagenmodells von einem mittels eines Computer¬ programms realisierten Generator 5 automatisch generiert.
Die funktionale Anlagenstruktur 1 beschreibt die Anlage nach funktionalen Gesichtspunkten hierarchisch strukturiert. Anhand der funktionalen Anlagenstruktur 1 kann insbesondere er mittelt werden, welche Komponenten der Anlage zu einer jewei ligen Funktion der Anlage beitragen. Der Konstruktionsplan 2 beschreibt den technischen Aufbau der Anlage, d. h. die Komponenten der Anlage und die diese Kompo¬ nenten verbindenden Leitungen. Beispielsweise enthält der Konstruktionsplan 2 Elektropläne und/oder Rohrleitungspläne zur Vernetzung von Komponenten der Anlage. Aus dem Konstruktionsplan 2 werden daher die Komponenten der Anlage und deren Verbindungen ersichtlich. Aus dem Konstruktionsplan 2 können somit insbesondere die energetischen und stofflichen Flüsse innerhalb der Anlage abgeleitet werden.
Die Regelbasis 3 beschreibt spezielle, insbesondere anwen- dungs- bzw. prozessspezifische Anforderungen an die Frei- und Zuschaltung einzelner Komponenten der Anlage. Dazu zählt beispielsweise die Spezifizierung mit diesen Komponenten verbundener relevanter Leitungen und damit auch gleichzeitig die Kennzeichnung weniger wichtiger Verbindungen zu diesen Komponenten (z. B. die Information, dass Steuerleitungen nicht unbedingt unterbrochen werden müssen) . Ferner kann dazu eine Charakterisierung von Trennungseinheiten zum Frei- oder Zuschalten von Komponenten der Anlage zählen, beispielsweise hinsichtlich der Entfernung solcher Trennungseinheiten von einer jeweiligen frei- oder zuzuschaltenden Komponente (z. B.: Soll die Trennungseinheit gesucht werden, welche der Kom¬ ponente am nächsten ist?), und/oder hinsichtlich des Umfangs einer Frei- oder Zuschaltung (z. B.: Soll immer eine ganze Funktionseinheit freigeschaltet werden?), und/oder hinsicht¬ lich einer Auswirkung einer Frei- oder Zuschaltung (z. B.: Soll diejenige Trennungseinheit gesucht werden, die am we¬ nigsten Komponenten beeinflusst? ) , und/oder hinsichtlich einer Trennungseinheitenausprägung (z. B.: Dürfen nur bestimmte Typen von Trennungseinheiten eingesetzt werden, z. B. nur Hauptventile oder nur Schalter mit Sicherungsvorrichtungen gegen unbefugtes Wiedereinschalten?), und/oder hinsichtlich einer Reihenfolge der Auswahl von Trennungseinheiten (z. B.: elektrische Trennungseinheiten werden gegenüber hydraulischen Trennungs-einheiten bevorzugt, hydraulische Trennungseinhei- ten werden gegenüber pneumatischen Trennungseinheiten bevorzugt usw . ) .
Das Prozessmodell 4 simuliert einen funktionalen Ablauf des Prozesses in der Anlage. Dabei modelliert es beispielsweise, wie Material durch die Anlage transportiert wird unter Be¬ rücksichtigung von Transportbedingungen zwischen Komponenten der Anlage und deren Kapazitäten. Frei- und Zuschaltpläne 6 können mittels des Generators 5 on¬ line oder offline erzeugt werden. Offline bedeutet hier, dass zu einem bestimmten Anlagenstand Frei- und Zuschaltpläne 6 für alle Komponenten der Anlage generiert und gespeichert werden. Bei einer Online-Erzeugung wird beispielsweise ein Freischaltplan 6 kurz vor der Wartung einer Komponente auf Basis der aktuellen Anlage erstellt. Im Folgenden wird nur die Online-Erzeugung ausgeführt, da sich die Offline- Erzeugung daraus ableiten lässt. Folgende Schritte werden zur Ermittlung eines Freischalt¬ plans 6 softwaregestützt automatisch durchgeführt:
1. Für eine ausgewählte freizuschaltende (erste) Komponente werden zunächst anhand des Konstruktionsplans 2 die Tren- nungseinheiten (Ventile, Sicherungen etc.) gesucht, mit wel¬ chen diese Komponente freigeschaltet werden kann. Ausgehend von der Komponente werden dazu die mit der Komponente verbun¬ denen Leitungen mittels einer Pfadsuche abgesucht. Die Such¬ strategie berücksichtigt hierbei die Regelbasis 3.
2. Da mehrere Komponenten funktional voneinander abhängen können, muss dies beim Freischalten berücksichtigt werden. Es werden daher weitere (zweite) Komponenten der Anlage ermittelt, welche durch das Freischalten der ersten Komponente direkt oder indirekt betroffen sind oder eine funktionale Ab¬ hängigkeit zu mindestens einer dieser Komponenten haben. Die funktionale Abhängigkeit geht aus der funktionalen Anlagen- struktur 1 hervor. Angaben in der Regelbasis 3 können ebenfalls berücksichtigt werden.
3. Anschließend werden eine Abschaltreihenfolge der ersten Komponente und der zweiten Komponenten und die dabei zu ver¬ wendenden Trennungseinheiten festgelegt. Die Ermittelung der Reihenfolge ergibt sich aus Komponentenbeschreibungen in Kombination mit der Regelbasis 3. Eine Komponentenbeschreibung einer Komponente enthält Information über Tätigkeiten, die an der Komponente zu ihrem Abschalten durchgeführt werden müs¬ sen, sowie eine Zeitdauer, welche zu ihrem Herunterfahren notwendig ist.
4. Schließlich wird ein Freischaltplan 6 in Form eines Ab- laufplans von Arbeitsschritten zum Unterbrechen mit der ersten Komponente oder den zweiten Komponenten verbundenen ener- gie- oder stoffführenden Leitungen und zum Abschalten dieser Komponenten generiert. Für die Erstellung von Zuschaltplänen 6 gilt Entsprechendes.
Figur 2 zeigt schematisch eine als ein Transportsystem TAI ausgebildete automatisierungstechnische Anlage mit vier
Transportbändern Bl .1 bis B2.2, die jeweils über einen Motor Ml .1 bis M2.2 angetrieben werden.
Figur 3 zeigt eine elektrische Verschaltung des Transport¬ systems TAI. Jeder Motor Ml .1 bis M2.2 wird über einen Umrichter Ul .1 bis U2.2 mit Energie versorgt. Das Transport- System TAI ist in zwei Förderstrecken FS1, FS2 unterteilt, die elektrisch jeweils über eine eigene elektrische Teil¬ sicherung Sl, S2 gesichert sind. Das gesamte Transport¬ system TAI ist an eine elektrische Netzeinspeisung NES ange¬ schlossen. Letztere umfasst einer Spannungsquelle PB01, ist über eine elektrische Gesamtsicherung SO gesichert und mit¬ tels eines elektrischen Schalters SA1 abschaltbar. Die Umrichter Ul .1 bis U2.2 sind ferner über eine Steuerungs¬ leitung B mit einer Steuerung K0 zum Steuern der Umrich- ter Ul .1 bis U2.2 verbunden. Die Steuerungsleitung B ist beispielsweise als eine Profibusleitung (Profibus = Process Field Bus) ausgebildet. Die Transportbänder Bl .1 bis B2.2, Motoren Ml .1 bis M2.2 und Umrichter Ul .1 bis U2.2 bilden Komponenten des Transportsystems TAI, die Teilsicherungen Sl, S2, die Gesamtsiche¬ rung SO und der Schalter SAl bilden Trennungseinheiten im obigen Sinne.
Die Regelbasis 3 für den Betrieb des Transportsystems TAI enthält die folgenden Regeln a) bis e) zur Freischaltung einer Komponente Ml .1 bis M2.2, Ul .1 bis U2.2, Bl .1 bis B2.2 des Transportsystems TAI : a) Elektrische Geräte müssen von einem 230V- oder 400V- Anschluss getrennt werden.
b) Steuerungsleitungen müssen nicht getrennt werden.
c) Zum Freischalten einer Komponente sollen Trennungseinhei- ten genutzt werden, die möglichst nahe an der Komponente liegen .
d) Bei 400V-Anschlüssen dürfen zum Freischalten nur Schalter verwendet werden, die gegen Wiedereinschalten gesichert werden können.
e) Bei der Freischaltung eines Transportbandes Bl .1 bis B2.2 müssen alle Transportbänder Bl .1 bis B2.2, die sich vor dem freizuschaltenden Transportband Bl .1 bis B2.2 befinden, abgeschaltet werden. Regel c) bewirkt, dass möglichst wenig andere Komponenten vom Freischalten einer ersten Komponente betroffen sind. Regel e) verhindert Produktstaus innerhalb des Transportsystems TAI beim Freischalten eines Transportbandes Bl .1 bis B2.2. Gemäß Regel b) brauchen die Steuerungsleitung B und die Steuerung K0 beim Freischalten von Komponenten nicht berücksichtigt werden. Anstelle des in Figur 3 dargestellten elektrischen Schaltplans kann deshalb ein vereinfachter Elektroplan verwendet werden, der in Figur 4 dargestellt und Teil des Konstruktionsplans 2 des Transportsystems TAI ist.
Figur 5 zeigt schematisch eine hierarchische Gliederung des Transportsystems TAI gemäß dessen funktionaler Anlagenstruktur 1. Dabei ist die hierarchische Gliederung der Kompo¬ nenten und Teilsysteme durch Einrückungen dargestellt. Bei¬ spielsweise ist daraus erkennbar, dass der Motor M2.2 zum Transportband B2.2 gehört, Transportband B2.2 wiederum zur Förderstrecke FS2 usw.
Das Prozessmodell 4 für den Ablauf eines mit dem Transport¬ system TAI auszuführenden Transportprozesses beschreibt, dass ein Objekt über alle Transportbänder Bl .1 bis B2.2 in der Reihenfolge Bl.l, B1.2, B2.1, B2.2 transportiert wird.
Aus diesen Informationen ergibt sich beispielsweise für die Freischaltung des Motors M2.2 Folgendes: · Die Abschaltung des Motors M2.2 erfordert auch die Abschal¬ tung des Transportbandes B2.2 wegen der in Figur 5 darge¬ stellten funktionalen Abhängigkeit des Transportbandes B2.2 und des Motors M2.2. · Bei Abschaltung des Transportbandes B2.2 müssen auch die anderen Transportbänder Bl.l bis B2.1 abgeschaltet werden (wegen Regel e) der Regelbasis 3 und der Reihenfolge der Transportbänder Bl.l bis B2.2 gemäß dem Prozessmodell 4) . · Für die Abschaltung des Motors M2.2 muss der ihm vorgeschaltete Umrichter U2.2 abgeschaltet werden (Regel a) der Regelbasis 3) . Analoges gilt für die anderen Motoren Ml .1 bis M2.1. · Die Suche einer nächstmöglichen Trennungseinheit im Elekt- roplan liefert zunächst, dass der Umrichter U2.2 durch die Teilsicherung S2 abgeschaltet werden kann. Die Abschaltung mittels der Teilsicherung S2 ist jedoch gemäß Regel d) der Regelbasis 3 nicht zulässig. Die Suche wird deshalb fortge¬ setzt .
• Die weitere Suche einer Trennungseinheit im Elektroplan liefert anschließend, dass der Umrichter U2.2 durch die Ge¬ samtsicherung SO abgeschaltet werden kann. Auch diese Abschaltung ist jedoch wegen Regel d) der Regelbasis 3 unzuläs¬ sig und die Suche wird fortgesetzt. · Als nächste Abschaltmöglichkeit des Umrichters U2.2 wird im Elektroplan der Schalter SA1 gefunden. Die Abschaltung mittels des Schalters SA1 wird von der Regelbasis 3 zugelassen, wobei der Schalter SA1 gegen ein Wiedereinschalten zu sichern ist .
• Analog ergibt sich, dass auch die anderen Umrichter Ul .1 bis U2.1 mittels des Schalters SA1 abzuschalten sind.
• Wie bereits erwähnt wurde, braucht die Steuerungsleitung B nicht berücksichtigt zu werden (Regel b) der Regelbasis 3) .
Ferner können entsprechende Fehlermeldungen (z. B. "Profibus- Teilnehmer fehlt") unterdrückt werden.
Erfindungsgemäß ergibt in diesem Beispiel daher als Frei- schaltplan für die Freischaltung des Motors M2.2, dass zum Freischalten des Motors M2.2 der Schalter SA1 zu öffnen und gegen Wiedereinschalten zu sichern ist.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausfüh- rungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist sie nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Bezugs zeichenliste
1 funktionale Anlagenstruktur
2 Konstruktionsplan
3 Regelbasis
4 Prozessmodell
5 Generator
6 Frei- oder Zuschaltplan B Steuerungsleitung
Bl.l bis B2.2 Transportband
FS1, FS2 Förderstrecke
K0 Steuerung
Ml.l bis M2.2 Motor
NES Netzeinspeisung
PB01 Spannungsquelle
SO GesamtSicherung
Sl, S2 TeilSicherung
SA1 Schalter
TAI TransportSystem
Ul.l bis U2.2 Umrichter

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb einer technischen Anlage (TAI), bei dem anhand eines Anlagenmodells, das wenigstens eine An- lagenstruktur der Anlage (TAI) und einen funktionalen Ablauf eines von der Anlage (TAI) durchzuführenden Prozesses beschreibt, für wenigstens eine erste Komponente (Bl.l bis B2.2, Ml.l bis M2.2, Ul .1 bis U2.2 ) der Anlage (TAI) automatisch ein Frei- oder Zuschaltplan (6) generiert wird, indem - zweite Komponenten (Bl.l bis B2.2, Ml.l bis M2.2, Ul .1 bis U2.2 ) der Anlage (TAI) ermittelt werden, die ebenfalls frei- oder zugeschaltet werden müssen, um einen als sicher definierten Prozesszustand herzustellen,
- alle mit ersten und zweiten Komponenten (Bl.l bis B2.2, Ml.l bis M2.2, Ul .1 bis U2.2 ) verbundenen energie- oder stoffführenden Leitungen der Anlage (TAI) ermittelt werden,
- Trennungseinheiten (SO bis Sl, SA1 ) zum Unterbrechen der ermittelten energie- oder stoffführenden Leitungen ermittelt werden, und
- ein Ablaufplan von Arbeitsschritten zum Unterbrechen der ermittelten energie- oder stoffführenden Leitungen und Abschalten der ersten und zweiten Komponenten (Bl.l bis B2.2, Ml.l bis M2.2, Ul .1 bis U2.2 ) oder zum Aufheben von Unterbrechungen der ermittelten energie- oder stoffführenden Leitun- gen und Anschalten der ersten und zweiten Komponenten (Bl.l bis B2.2, Ml.l bis M2.2, Ul .1 bis U2.2 ) generiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich energiespeicherungs- fähige erste und/oder zweite Komponenten (Bl.l bis B2.2, Ml.l bis M2.2, Ul .1 bis U2.2 ) ermittelt werden und Arbeitsschritte zur Energiespeicherung mittels dieser Komponenten (Bl.l bis B2.2, Ml.l bis M2.2, Ul .1 bis U2.2 ) oder zur Freigabe mittels dieser Komponenten (Bl.l bis B2.2, Ml.l bis M2.2, Ul .1 bis U2.2 ) gespeicherter Energie generiert werden.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Trennungseinheiten (SO bis Sl, SA1 ) ermittelt werden, indem anhand der Anlagenstruktur mit der wenigstens einen ersten Komponente (Bl.l bis B2.2, Ml .1 bis M2.2, Ul .1 bis U2.2 ) verbundene Leitungen der Anla¬ ge (TAI) mittels einer Pfadsuche nach Trennungseinheiten (SO bis Sl, SA1 ) abgesucht werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittelung der zweiten Komponenten (Bl.l bis B2.2, Ml .1 bis M2.2, Ul .1 bis U2.2 ) funk- tionale Abhängigkeiten zwischen den Komponenten (Bl.l bis
B2.2, Ml.l bis M2.2, Ul .1 bis U2.2 ) der Anlage (TAI) ermittelt und berücksichtigt werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Betriebes der An¬ lage (TAI) Betriebsdaten über einen aktuellen Betriebszustand der Anlage (TAI) erfasst werden und bei der Er¬ stellung des Frei- oder Zuschaltplans (6) verwendet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebsdaten Sensorsignale von Sensoren der Anlage (TAI) verwendet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebsdaten Trennungs¬ einheiten (SO bis Sl, SA1 ) zum Unterbrechen der ermittelten energie- oder stoffführenden Leitungen erfasst und verwendet werden .
8. Verwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Wartung oder Instandsetzung einer technischen Anlage (TAI), wobei
- mittels des Verfahrens vor der Wartung oder Instandsetzung ein Freischaltplan (6) für das Freischalten oder/und vor, während oder nach der Wartung oder Instandsetzung ein Zuschaltplan (6) für das Zuschalten wenigstens einer Komponente (Bl.l bis B2.2, Ml.l bis M2.2, Ul .1 bis U2.2 ) der Anlage (TAI) generiert wird und - Komponenten (Bl.l bis B2.2, Ml .1 bis M2.2, Ul .1 bis U2.2 ) der Anlage (TAI) vor der Wartung oder Instandsetzung gemäß dem generierten Freischaltplan (6) freigeschaltet und/oder nach der Wartung oder Instandsetzung der Anlage (TAI) gemäß dem generierten Zuschaltplan (6) zugeschaltet werden.
9. Verwendung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass während einer Freischaltung und/oder einer Zuschaltung erster und zweiter Komponen- ten (Bl.l bis B2.2, Ml .1 bis M2.2, Ul .1 bis U2.2 ) die Generierung von Fehlermeldungen, die diese Komponenten (Bl.l bis B2.2, Ml.l bis M2.2, Ul .1 bis U2.2 ) betreffen, unterdrückt wird .
10. Verwendung nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass während der Wartung oder In¬ standsetzung der Anlage (TAI) Betriebsdaten über einen aktuellen Betriebszustand der Anlage (TAI) erfasst werden und an¬ hand der erfassten Betriebsdaten überprüft wird, ob die Ar- beitsschritte des generierten Freischaltplans (6) fehler-frei durchgeführt werden, und/oder dass nach der Wartung oder Instandsetzung der Anlage (TAI) Betriebsdaten über einen aktuellen Betriebszustand der Anlage (TAI) erfasst werden und an¬ hand der erfassten Betriebsdaten überprüft wird, ob die Ar- beitsschritte des generierten Zuschaltplans (6) fehlerfrei durchgeführt werden.
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