WO2016193085A1 - Verfahren zur erzeugung eines prozessmodells für eine kraftwerksanlage - Google Patents

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WO2016193085A1
WO2016193085A1 PCT/EP2016/061768 EP2016061768W WO2016193085A1 WO 2016193085 A1 WO2016193085 A1 WO 2016193085A1 EP 2016061768 W EP2016061768 W EP 2016061768W WO 2016193085 A1 WO2016193085 A1 WO 2016193085A1
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process model
component
power plant
symbol
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Hans-Dieter Humpert
Dieter Kleyer
Torsten Olthoff
Christian Spiska
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a method for generating a process model for a power plant.
  • the control technology combines the data streams of the subordinate levels, the field or individual cells, such as signals from measurement and control technology, in order to control and monitor the entire power plant process.
  • the control system must be configured before it is used. This process is also called projecting.
  • This object is inventively achieved by a procedural ⁇ reindeer, comprising the steps of:
  • the invention is based on the consideration that a separate complete process model is often not necessary, since the high requirements with regard to accuracy for test purposes are often not necessary. In addition, it should also be mög ⁇ Lich to simulate only some areas of the power plant process se ⁇ ready. Under such conditions, the systems for creating the I & C configuration and for testing the configuration or for fault diagnosis should no longer be executed on separate computers as well as the process model. Instead, process control and pro ⁇ zesstechnische components are processed in a common tool and displayed on a common surface. Within the common surface, the representation of the interaction of the process control component with the process engineering unit, ie z. As the pump, the motor or the valve via so-called action lines, which in the graphical user interface z. B. as dashed Li ⁇ never can be displayed. These lines of action allow a graphic representation of the interaction of technical component ⁇ technical and process engineering unit, without the interaction cumbersome on signal characteristics, as was previously customary for separate surfaces, to derive.
  • current process data generated by the process model of that component that represents the symbol are displayed for a symbol. That is, in the piping and instrumentation flow sheet on the graphical user interface the current, produced by the process ⁇ model for each component data in real time are displayed. This can be done, for example, in a corresponding field on or in the corresponding symbol. As a result, the influence of the process control components on the respective component in the simulation can be detected directly.
  • values of configuration parameters of the process control component are also advantageously displayed for a process control component.
  • controller parameters such as gain, integration time or reset time, which are displayed individually for each block.
  • the respective configuration parameter is thereby even more advantageously changed by a user input in the graphical user interface.
  • the process model is operatively connected to a man-machine interface of the power plant.
  • the man-machine interface here comprises the real operating system of the physical power plant.
  • Active Connected here means that the values generated in the process model are transferred in real time to the human-Ma ⁇ machine interface and the investments made in the human-machine interface control commands are passed to the Pro ⁇ zessmodell and executed accordingly.
  • the original user interface is used for operating and observing the process.
  • ⁇ to combine the symbols represented by components of the power plant advantageously also include sensors and / or actuators.
  • the actuators, z. B. drives are thus in the process model IN ANY ⁇ .
  • the sensors, ie binary and analog encoders are there ⁇ also present in the process model and are - analogous to the actuators - connected via lines of action with the control technology.
  • associated components are in each case for a group of components the ⁇ se components representing symbols and these Bautei- len associated control components in the graphic
  • Egg ⁇ ne component such group may be (a drum level control of a steam power plant z. B.)
  • a specific circuit For example, a specific circuit.
  • the clarity of the process control circuit increases significantly, whereby the troubleshooting is significantly simplified.
  • the simulation of the power plant process based on the Jerusalem mitmo ⁇ dells is based on a mathematical model which running in the background of the graphical interface.
  • the generation of the process model for each of the repre ⁇ oriented by a symbol components is carried out in an advantageous embodiment of the method such that a differential equation system is produced for each symbol.
  • This differential equation system models the behavior of the respective component, the variables of the differential equations represent the data of the process.
  • the differential equation systems are based on common variables based on the piping and instrument flow diagram prevented. This creates a common differential equation system for the entire process presented. This can be solved numerically or analytically, whereby a simulation of the process is made possible mathematically.
  • a process model for a power plant is advantageously produced by the method described above.
  • a computer program product advantageously comprises software code portions Soft ⁇ which, when they are loaded into the memory of a ⁇ ten kausstrom Since the data processing system to perform the method described above toughen.
  • FIG. 2 shows a flowchart of a method for generating a process model of the part of the power plant system shown in the graphical Oberflä ⁇ che.
  • FIG. 1 shows a graphical user interface 1 on ei ⁇ ner data processing system such.
  • ei ⁇ ner data processing system such as a personal compu ⁇ ter.
  • a Computerpro ⁇ program which serves to create a process control configuration of a power plant and to consider means of Simula ⁇ tion.
  • the graphical user interface 1 of FIG. 1 initially shows this in the manner of a pipeline and instrument panel.
  • flowcharts (English: Piping and Instrumentation Diagram or P & ID) is a schematic representation of a part of the power plant ⁇ plant and its various components in the form of symbols 2, 4, 6, 8 and these connecting lines 10, 12, 14, 15.
  • a first line 10 represents a feed line to a minimum flow valve, represented by the first symbol 2. From this symbol 2 starting performs a further line 12, to a second symbol 4, which repre ⁇ advantage a steam drum.
  • a further symbol 6 is arranged, which represents a sensor, namely a measuring ⁇ device for the level in the steam drum.
  • a line 14 representing a derivative leads to a fourth symbol 8, which represents a shut-off valve. From here, another line 15 from the graphic depicting ⁇ development one leads out.
  • the part of the power plant shown in FIG 1 is merely selected in ⁇ way of example. In the graphical representation 1, any other part of the power plant with its
  • Components such. B. sensors and actuators or the entire power plant to be shown. For this purpose, corresponding scrolling and resizing functions are implemented.
  • the graphical user interface 1 in FIG. 1 also shows a multiplicity of process control components 16 in the form of blocks and connections connected on the side. These components can both be present in the power plant system (eg, an integrated chip for more complex control tasks), as well as virtually implemented, eg. B. as Logikbau ⁇ stones in the manner of a programmable logic controller, z. B. AND link, comparator, etc.
  • the exact structure and the precise linkage of the control technology components 16 are irrelevant for the presentation of the invention; The single ones
  • Control technology components 16 are therefore neither provided separately with reference numerals nor explained in more detail. Crucial for the description of the invention are the following aspects: First, those control technology components 16 are shown, which are assigned to the components, which are shown as Sym ⁇ bole 2, 4, 6, 8 in the graphic representation 1. Thus, for example, the control system components 16 which form the drive control of this minimum quantity valve are shown for the minimum quantity valve described. That control technology component 16, ie the building block, which takes over the final determination and activation of the strictlymengenven- tils, is connected via a line of action 18 in the form of a dotted ⁇ line with the symbol 2 for the strictlymengenven- til. As a result, the interaction between the process control component 16 and the corresponding component can be seen directly in the graphical representation 1.
  • the symbol 2 for the minimum quantity valve and the associated process control components 16 are deposited in a first color deposit 20 in a common color. This also results in a clear grouping for the user of the graphical user interface 1.
  • the symbol 8 for the shut-off valve with its associated control technology components 16 is connected via a line of action 18 and grouped together in a color deposit 20. Also shown is a purely Leit ⁇ technically internal system, namely the control system for the minimum amount in the steam drum, which is separately grouped by a color deposit 20, but only a leit ⁇ technical connection to the control technology components 16 of the controller for the minimum quantity valve. Also, the sensor for the level of the steam drum represented by the symbol 6 is connected via a line of action 18 with a Leittech ⁇ nikkomponente 16, which evaluates the sensor data of the sensor.
  • a first step 22 the graphical user interface 1 shown in FIG. 1 is generated, i. H. the symbols 2, 4, 6, 8 with the lines 10, 12, 14, 16 together with the control technology components 16 and the action lines 18. This can be done the entire project planning of the illustrated part of the power plant.
  • a mathematical process model is created for each symbol 2, 4, 6, 8. This usually includes a number of differential equations forming a differential equation system. The respective current values of the process and the manipulated variables thereby form Vari ⁇ ablen this differential equation system.
  • the differential equation systems are connected on the basis of their common variables on the basis of the physical relationship represented by the lines 10, 12, 14, 16 in the graph 1. This results in a connected, larger Differenzialglei ⁇ chungssystem, which forms a mathematical process model of the illustrated part of the power plant. On analytical or numerical schem way of this differential sliding ⁇ monitoring system is released so that this simulation of the part of the power plant can be performed.
  • an operative connection is effected DIE ses process model to the illustrated control components 16. That is, the output data of the control components 16 which present either real or virtual, can be used in the process model, and the values supplied by theificatmo ⁇ dell turn be supplied as input data in the control technology components 16.
  • an active connection to the man-machine interface for. B. a control station of the power plant to be produced. This enables a real-time simulation of the system. Alternatively, an accelerated Run the simulator or perform a regression test.
  • the graphical user interface 1 GELIE ⁇ ferten data by the process model in the simulation are shown.
  • displays 30 are provided in FIG. 1, which are arranged at or in symbols 2, 4, 6, 8 or control technology components 16.
  • the displays 30 associated with the symbols 2, 4, 6, 8 can, for example, provide information about the state of the symbol 2, 4, 6, 8 based on the simulation, e.g. B. the current flow through a valve as a numerical value, the aktuel ⁇ len degree of opening of the valve, etc.
  • states need not necessarily be represented as numerical values
  • son ⁇ can also be done in the manner of an animation.
  • the running of a motor or conveyor belt , the filling of a boiler, etc. can be represented graphically in the manner of an animation.
  • the displays 30 assigned to the control technology components 16 show current values of data, also z. B. logical switching states of the control technology component 16. Also can aktu elle ⁇ values of configuration parameters for. B. delay constants, etc. are displayed. These are also editable in the graphical user interface: That is, in the display 30 a change in the configuration of each parameter can be made by the user which acts UNMIT ⁇ telbar to the control component sixteenth Due to the running simulation, the effects of this change on the power plant process can be determined immediately.

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Abstract

Ein Verfahren zur Erzeugung eines Prozessmodells für eine Kraftwerksanlage, in dem ein Prozessmodell computergestützt dadurch erzeugt wird, dass die Bauteile der Kraftwerksanlage als Symbole (2, 4, 6, 8) dargestellt werden und ihr Zusammenwirken mittels Wirklinien (18) angedeutet wird. Mittels des Verfahrens kann in kurzer Zeit ein technisch einfaches Prozessmodell erzeugt werden kann, welches zu Test- und/oder Simulationszwecken verwendet werden kann. Dazu umfasst es die Verfahrensschritte: • Erzeugen, in einer graphischen Benutzeroberfläche (1), eines Rohrleitungs- und Instrumentenfließschemas mit Symbolen (2, 4, 6, 8), die jeweils ein Bauteil zumindest einesTeils der Kraftwerksanlage repräsentieren, • Erzeugen, in der graphischen Benutzeroberfläche (1), einer Anzahl von den jeweiligen Bauteilen zugeordneten Leittechnikkomponenten (16), • Erzeugen, in der graphischen Benutzeroberfläche (1), einer Anzahl von Wirklinien (18), die jeweils ein ein Bauteil repräsentierendes Symbol (2, 4, 6, 8) mit einer der dem jeweiligen Bauteil zugeordneten Leittechnikkomponenten (16) verbinden, • Erzeugen eines Prozessmodells für jedes der durch ein Symbol (2, 4, 6, 8) repräsentierten Bauteile, • Erzeugen eines Prozessmodells für den Teil der Kraftwerksanlage durch Verbinden der Prozessmodelle der dargestellten Bauteile auf Basis des Rohrleitungs- und Instrumentenfließschemas.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Erzeugung eines Prozessmodells für eine Kraft¬ werksanlage
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Prozessmodells für eine Kraftwerksanlage.
In Kraftwerksanlagen wird eine Energiequelle genutzt, deren Energie durch mechanische, thermische, chemische oder elekt¬ rische Transformation in einen elektrischen Strom umgewandelt wird, der für elektrischen Verbraucher in Industrie oder Privathaushalten nutzbar ist. Kraftwerksanlagen sind vergleichsweise komplex, so dass für den Betrieb der Kraftwerksanlage mit den erforderlichen Bauteilen, wie Behältern, Apparaten,
Pumpen, Verdichtern, Wärmeübertragern, Rohrleitungen, Armaturen und Messgeräten häufig mehr als 100 einzelne Automatisie¬ rungsgeräte erforderlich sind. Für den Betrieb der Kraftwerksanlage ist daher eine entspre¬ chende Leittechnik erforderlich. Die Leittechnik fasst die Datenströme der untergeordneten Ebenen, dem Feld oder einzelner Zellen, wie zum Beispiel Signale der Mess-, Steuer- und Regelungstechnik zusammen, um dadurch den gesamten Kraftwerk- sprozess zu steuern und zu überwachen. Die Leittechnik muss vor ihrem Einsatz konfiguriert werden. Diesen Prozess nennt man auch Projektierung.
Bevor die leittechnische Projektierung (das so genannte Engi- neering) zur Inbetriebnahme auf eine Kraftwerksanlage ausge¬ liefert wird, ist dabei ein vollständiger Test der leittechnischen Funktionen erforderlich. In der Vergangenheit wurde hierzu in der Regel die reale Hardware, d. h. die realen Au¬ tomatisierungssysteme und Eingangs-/Ausgangsbaugruppen ins- talliert. Dieses ist sehr aufwändig, insbesondere bei den oben beschriebenen großen Kraftwerksanlagen. Mit Hilfe der realen Hardware ist es möglich, die Leittechnik zum Ablauf zu bringen und in einem eingeschränkten Umfang die Funktionen zu testen. Der direkte Bezug zur realen Anlage und zum (wirklichen) echten Prozess ist jedoch nicht gegeben.
Um einen umfangreichen Test der gesamten leittechnischen Pro- jektierung, d. h. quasi eine virtuelle Inbetriebnahme durch¬ führen zu können, wird heute bei ausgewählten Anlagen, insbesondere bei großen und sehr großen Anlagen, ein Prozessmodell erstellt und dieses zum Test hinzugezogen. Anstelle der Sig¬ nalübertragung, die in realen Anlagen mit Hilfe von Eingangs- /Ausgangsbaugruppen stattfindet, findet diese beim Anschluss eines Prozessmodells über definierte Protokolle statt.
Nachteil dieser Lösung ist, dass für Leittechnik und Prozess¬ modell spezifisches Know-how erforderlich ist. Beim Prozess- modell kommt erschwerend hinzu, dass hier in der Regel der gesamte Kraftwerksprozess überwacht und gesteuert können wer¬ den muss. Leittechnikexperten sind hierzu in der Regel nicht ausgebildet. Darüber hinaus sind der technische Aufwand und die Kosten für die Erstellung eines Prozessmodells, welches z. B. auch für Schulungszwecke eingesetzt wird, häufig außer¬ ordentlich hoch. Dadurch wird der Einsatz in vielen Projekten verhindert .
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Erzeu- gung eines Prozessmodells für eine Kraftwerksanlage anzuge¬ ben, mit welchem in kurzer Zeit ein technisch einfaches Prozessmodell erzeugt werden kann, welches zu Testzwecken ver¬ wendet werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfah¬ ren, umfassend die Verfahrensschritte:
- Erzeugen, in einer graphischen Benutzeroberfläche, eines Rohrleitungs- und Instrumentenfließschemas mit Symbolen, die jeweils ein Bauteil zumindest eines Teils der Kraftwerksanla- ge repräsentieren,
- Erzeugen, in der graphischen Benutzeroberfläche, einer Anzahl von den jeweiligen Bauteilen zugeordneten Leittechnikkomponenten, - Erzeugen, in der graphischen Benutzeroberfläche, einer Anzahl von Wirklinien, die jeweils ein ein Bauteil repräsentie¬ rendes Symbol mit einer der dem jeweiligen Bauteil zugeordne¬ ten Leittechnikkomponenten verbinden,
- Erzeugen eines Prozessmodells für jedes der dargestellten Bauteile,
- Erzeugen eines Prozessmodells für den Teil der Kraftwerks¬ anlage durch Verbinden der Prozessmodelle der dargestellten Bauteile auf Basis des Rohrleitungs- und Instrumentenfließ- Schemas.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass ein separates vollständiges Prozessmodell häufig nicht notwendig ist, da die hohen Anforderungen bzgl. Genauigkeit für Test- zwecke oft nicht erforderlich sind. Zudem sollte es auch mög¬ lich sein, nur einzelne Bereiche des Kraftwerksprozesses se¬ parat zu simulieren. Bei derartigen Voraussetzungen sollten die Systeme zur Erstellung der leittechnischen Projektierung und zum Test der Projektierung oder zur Fehlerdiagnose nicht mehr auf separaten Computern zur Ausführung kommen wie auch das Prozessmodell. Stattdessen werden leittechnische und pro¬ zesstechnische Komponenten in einem gemeinsamen Werkzeug bearbeitet und auf einer gemeinsamen Oberfläche dargestellt. Innerhalb der gemeinsamen Oberfläche erfolgt die Darstellung des Zusammenwirkens der leittechnischen Komponente mit dem verfahrenstechnischen Aggregat, also z. B. der Pumpe, des Motors oder des Ventils über so genannte Wirklinien, welche in der graphischen Benutzeroberfläche z. B. als gestrichelte Li¬ nie dargestellt werden können. Diese Wirklinien ermöglichen eine anschauliche Darstellung des Zusammenwirkens von leit¬ technischer Komponente und verfahrenstechnischem Aggregat, ohne das Zusammenwirken umständlich über Signalkennzeichen, wie dieses bisher bei getrennten Oberflächen üblich war, herleiten zu müssen.
In vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens wird hierbei das Prozessmodell der Bauteile mit den ihnen jeweils zugeord¬ neten Leittechnikkomponenten wirkverbunden. Wirkverbunden bedeutet hierbei, dass die von den jeweiligen Leittechnikkompo- nenten erzeugten Daten in Echtzeit an das Prozessmodell übergeben werden und umgekehrt. Damit erfolgt auf der Oberfläche nicht nur eine rein grafische Darstellung, sondern diese Darstellung wird auch animiert. Das bedeutet, dass die leittech- nischen Komponenten, wie Bausteine, Bausteinanschlüsse oder Verbindungen mit den Daten, die diese im Automatisierungssys¬ tem oder auf den Eingangs-/Ausgangsbaugruppen verwenden, dynamisiert werden. Die Leittechnik wird damit direkt an das Prozessmodell, d. h. die Echtzeit-Simulation des Kraftwerks- prozesses angekoppelt.
Vorteilhafterweise werden dabei für ein Symbol aktuelle, von dem Prozessmodell erzeugte Prozessdaten desjenigen Bauteils angezeigt, das das Symbol repräsentiert. Das heißt, in dem Rohrleitungs- und Instrumentenfließschema auf der graphischen Benutzeroberfläche werden die aktuellen, durch das Prozess¬ modell für das jeweilige Bauteil erzeugten Daten in Echtzeit angezeigt. Dies kann beispielsweise in einem entsprechenden Feld am oder in dem entsprechenden Symbol erfolgen. Hierdurch lässt sich der Einfluss der leittechnischen Komponenten auf das jeweilige Bauteil in der Simulation direkt erfassen.
In analoger Weise werden dabei vorteilhafterweise auch für eine leittechnische Komponente aktuelle Werte von Daten der leittechnischen Komponente angezeigt. Dies kann beispielswei¬ se für aktuelle Werte von Bausteinen, Bausteinanschlüssen oder Verbindungen zwischen Bausteinen der Fall sein.
Weiterhin werden vorteilhafterweise für eine leittechnische Komponente auch Werte von Konfigurationsparametern der leittechnischen Komponente angezeigt. Dies können beispielsweise Reglerparameter wie Verstärkung, Integrationszeit oder Nachstellzeit sein, die individuell für jeden Baustein angezeigt werden .
Der jeweilige Konfigurationsparameter wird dabei noch vorteilhafter durch eine Benutzereingabe in der graphischen Benutzeroberfläche verändert. Das heißt, dass die jeweiligen Parameter der leittechnischen Komponente direkt in der ge- meinsamen Oberfläche angepasst und verändert werden können. Durch die Kombination der leittechnischen Komponenten mit der Echtzeit-Simulation im Prozessmodell auf der gemeinsamen Oberfläche haben diese Änderungen direkten Einfluss auf den simulierten Kraftwerksprozess . Die Auswirkungen dieser Änderungen können somit direkt überprüft werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens wird das Prozessmodell mit einer Mensch-Maschine-Schnittstelle der Kraftwerksanlage wirkverbunden. Die Mensch-Maschine-Schnitt¬ stelle umfasst hierbei das reale Bediensystem der physischen Kraftwerksanlage. Wirkverbunden bedeutet hierbei, dass die im Prozessmodell erzeugten Werte in Echtzeit an die Mensch-Ma¬ schine-Schnittstelle übergeben werden und die in der Mensch- Maschine-Schnittstelle getätigten Bedienbefehle an das Pro¬ zessmodell übergeben und dort entsprechend ausgeführt werden. Für das Bedienen und Beobachten des Prozesses kommt damit das originale Benutzerinterface zum Einsatz. Die durch Symbole repräsentierten Bauteile des Kraftwerks um¬ fassen vorteilhafterweise auch Sensoren und/oder Aktoren. Die Aktoren, z. B. Antriebe sind damit im Prozessmodell vorhan¬ den. Die Sensoren, also binäre und analoge Messgeber sind da¬ mit ebenfalls im Prozessmodell vorhanden und sind - analog zu den Aktoren - über Wirklinien mit der Leittechnik verbunden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens werden für jeweils einer Bauteilgruppe zugeordnete Bauteile die die¬ se Bauteile repräsentierenden Symbole und die diesen Bautei- len zugeordneten Leittechnikkomponenten in der graphischen
Benutzeroberfläche in einer gemeinsamen Farbe hinterlegt. Ei¬ ne solche Bauteilgruppe kann beispielsweise ein spezifischer Schaltkreis (z. B. eine Trommelniveauregulierung eines Dampfkraftwerks) sein. Hierdurch steigt die Übersichtlichkeit der leittechnischen Schaltung erheblich, wodurch die Fehlersuche deutlich vereinfacht wird.
Die Simulation des Kraftwerksprozesses anhand des Prozessmo¬ dells erfolgt auf Basis eines mathematischen Modells, welches im Hintergrund der graphischen Oberfläche läuft. Das Erzeugen des Prozessmodells für jedes der durch ein Symbol repräsen¬ tierten Bauteile erfolgt in vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens derart, dass für jedes Symbol ein Differenzial- gleichungssystem erzeugt wird. Dieses Differenzialgleichungs- system modelliert das Verhalten des jeweiligen Bauteils, die Variablen der Differenzialgleichungen stellen die Daten des Prozesses dar. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung werden beim Erstellen eines Prozessmodells für den Teil der Kraftwerksanlage die Differenzialgleichungssysteme anhand gemeinsamer Variablen auf Basis des Rohrleitungs- und Instrumentenfließschemas ver¬ bunden. Dadurch entsteht ein gemeinsames Differentialglei- chungssystem für den gesamten dargestellten Prozess. Dieses kann numerisch oder analytisch gelöst werden, wodurch eine Simulation des Prozesses mathematisch ermöglicht wird.
Ein Prozessmodell für eine Kraftwerksanlage wird vorteilhaf- terweise mit dem oben beschriebenen Verfahren erzeugt.
Ein Computerprogrammprodukt umfasst zweckmäßigerweise Soft¬ warecodeabschnitte, die, wenn sie in den Speicher einer Da¬ tenverarbeitungsanlage geladen werden, die Datenverarbei- tungsanlage zum Ausführen des oben beschriebenen Verfahrens ertüchtigen .
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die gemeinsame Darstellung von Elementen des Rohrleitungs- und Instrumentenfließschemas und Leittech¬ nikkomponenten in einer gemeinsamen Oberfläche in Verbindung mit einer Dynamisierung dieser Darstellung in besonders einfacher Weise eine Erstellung eines Prozessmodells für eine Kraftwerksanlage ermöglicht wird. Dieses Prozessmodell kann dann zum Test und zur Fehleranalyse auf Basis und im Zusam¬ menwirken mit der Darstellung in der graphischen Oberfläche genutzt werden, welche durch die Prozessmodellfunktionalität mit den dynamischen Werten des simulierten Prozesses animiert wird. Auf diese Art und Weise ist der Test von Verriegelungen (Schutz-) oder Freigabebedingungen für Aggregate aufwandsarm möglich, zumal die Rückmeldungen aus dem Prozess nicht manu¬ ell nachgestellt werden müssen. Rückmeldesignale und Messun¬ gen, welche in ihrem zeitlichen Verlauf dem der physikali- sehen Kraftwerksanlage entsprechen, stellt das Prozessmodell zur Verfügung.
In einigen Fällen ist es nicht erforderlich, den gesamten Kraftwerksprozess zum Zwecke eines Tests zu simulieren. Hier reicht es aus, kritische Anlagenteile zu betrachten. Zu die¬ sem Zweck können in diesen Fällen die kritischen Teile der Automatisierung und die zugehörigen Teilmodelle bearbeitet werden. Für kritische Anlagenteile ist auf diese Art eine se¬ parate Überprüfung möglich.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer
Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
FIG 1 eine schematische Darstellung einer graphischen
Oberfläche, die ein Rohrleitungs- und Instrumenten- fließschema in Verbindung mit Leittechnikkomponenten eines Teils einer Kraftwerksanlage zeigt, und
FIG 2 ein Ablaufschema eines Verfahrens zur Erzeugung ei- nes Prozessmodells des in der graphischen Oberflä¬ che gezeigten Teils der Kraftwerksanlage.
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszei¬ chen versehen.
Die FIG 1 zeigt eine graphische Benutzeroberfläche 1 auf ei¬ ner Datenverarbeitungsanlage wie z. B. einem Personal Compu¬ ter. Auf der Datenverarbeitungsanlage läuft ein Computerpro¬ gramm, welches dazu dient, eine leittechnische Projektierung einer Kraftwerksanlage zu erstellen und mittels einer Simula¬ tion zu prüfen.
Die graphische Benutzeroberfläche 1 der FIG 1 zeigt hierzu zunächst in der Art eines Rohrleitungs- und Instrumenten- fließschemas (engl.: Piping and Instrumentation Diagram oder P&ID) eine schematische Darstellung eines Teils der Kraft¬ werksanlage und ihrer verschiedenen Bauteile in Form von Symbolen 2, 4, 6, 8 und diese verbindenden Linien 10, 12, 14, 15. Eine erste Linie 10 repräsentiert eine Zuleitung zu einem Mindestmengenventil , dargestellt durch das erste Symbol 2. Von diesem Symbol 2 ausgehend führt eine weitere Linie 12, zu einem zweiten Symbol 4, welches eine Dampftrommel repräsen¬ tiert. In dem Symbol 4 für die Dampftrommel ist ein weiteres Symbol 6 angeordnet, welches einen Sensor, nämlich eine Mess¬ einrichtung für den Füllstand in der Dampftrommel darstellt. Ausgehend von dem Symbol 4 für die Dampftrommel führt eine eine Ableitung repräsentierende Linie 14 zu einem vierten Symbol 8, welches ein Absperrventil repräsentiert. Von hier aus führt eine weitere Linie 15 aus der graphischen Darstel¬ lung 1 heraus .
Der in FIG 1 gezeigte Teil der Kraftwerksanlage ist rein bei¬ spielhaft gewählt. In der graphischen Darstellung 1 kann je- der beliebige andere Teil der Kraftwerksanlage mit seinen
Bauteilen wie z. B. Sensoren und Aktoren oder auch die gesamte Kraftwerksanlage dargestellt sein. Hierfür sind dann ent¬ sprechende Bildlauf- und Größenanpassungsfunktionen implementiert .
Die graphische Benutzeroberfläche 1 in FIG zeigt weiterhin eine Vielzahl von Leittechnikkomponenten 16 in Form von da- tenseitig verbundenen Bausteinen und Anschlüssen. Diese Bausteine können sowohl real in der Kraftwerksanlage vorhanden sein (z. B. ein integrierter Chip für komplexere Steuerungsaufgaben), als auch virtuell realisiert, z. B. als Logikbau¬ steine in der Art einer speicherprogrammierbaren Steuerung, z. B. UND-Verknüpfung, Komparator etc. Der genaue Aufbau und die genaue Verknüpfung der Leittechnikkomponenten 16 sind für die Darstellung der Erfindung unerheblich; Die einzelnen
Leittechnikkomponenten 16 werden daher weder separat mit Bezugszeichen versehen noch genauer erläutert. Entscheidend für die Beschreibung der Erfindung sind folgende Aspekte: Zunächst sind diejenigen Leittechnikkomponenten 16 dargestellt, die den Bauteilen zugeordnet sind, die als Sym¬ bole 2, 4, 6, 8 in der graphischen Darstellung 1 dargestellt sind. So sind beispielsweise für das beschriebene Mindestmen- genventil diejenigen Leittechnikkomponenten 16 dargestellt, die die Antriebssteuerung dieses Mindestmengenventils bilden. Diejenige Leittechnikkomponente 16, d. h. der Baustein, der die finale Bestimmung und Ansteuerung des Mindestmengenven- tils übernimmt, ist über eine Wirklinie 18 in Form einer ge¬ strichelten Linie mit dem Symbol 2 für das Mindestmengenven- til verbunden. Hierdurch ist der Wirkzusammenhang zwischen Leittechnikkomponente 16 und entsprechendem Bauteil direkt in der graphischen Darstellung 1 erkennbar.
Zusätzlich sind das Symbol 2 für das Mindestmengenventil und die diesem zugeordneten Leittechnikkomponenten 16 in einer ersten farblichen Hinterlegung 20 in einer gemeinsamen Farbe hinterlegt. Auch hierdurch ergibt sich eine für den Benutzer der graphischen Oberfläche 1 deutliche Gruppierung.
In gleicher Weise ist das Symbol 8 für das Absperrventil mit den ihm zugeordneten Leittechnikkomponenten 16 über eine Wirklinie 18 verbunden und in einer farblichen Hinterlegung 20 gemeinsam gruppiert. Weiter dargestellt ist ein rein leit¬ technisch internes System, nämlich das Kontrollsystem für die Mindestmenge in der Dampftrommel , welches separat durch eine farbliche Hinterlegung 20 gruppiert ist, aber nur eine leit¬ technische Verbindung zu den Leittechnikkomponenten 16 der Steuerung für das Mindestmengenventil aufweist. Auch der durch das Symbol 6 dargestellte Sensor für den Füllstand der Dampftrommel ist über eine Wirklinie 18 mit einer Leittech¬ nikkomponente 16 verbunden, die die Sensordaten des Sensors auswertet .
Durch die in FIG 1 dargestellte graphische Oberfläche 1 wer¬ den sowohl leittechnische als auch prozesstechnische Kompo¬ nenten gemeinsam dargestellt. Hierdurch wird eine besonders einfache Erstellung eines Prozessmodells ermöglicht, welches eine Simulation des Kraftwerksprozesses erlaubt. Die Schritte hierzu werden in FIG 2 dargestellt.
In einem ersten Schritt 22 wird die in FIG 1 dargestellte graphische Benutzeroberfläche 1 erzeugt, d. h. die Symbole 2, 4, 6, 8 mit den Linien 10, 12, 14, 16 zusammen mit den Leittechnikkomponenten 16 und den Wirklinien 18. Hierdurch kann die gesamte Projektierung des dargestellten Teils der Kraftwerksanlage erfolgen.
In einem zweiten Schritt 24 wird für jedes Symbol 2, 4, 6, 8 ein mathematisches Prozessmodell erstellt. Dieses umfasst in der Regel eine Anzahl von Differenzialgleichungen, die ein Differenzialgleichungssystem bilden. Die jeweiligen aktuellen Werte des Prozesses sowie die Stellgrößen bilden dabei Vari¬ ablen dieses Differenzialgleichungssystems .
Im dritten Schritt 26 werden die Differenzialgleichungssys- teme anhand ihrer gemeinsamen Variablen auf Basis des in der graphischen Darstellung 1 durch die Linien 10, 12, 14, 16 repräsentierten physikalischen Zusammenhangs verbunden. Hierdurch entsteht ein verbundenes, größeres Differenzialglei¬ chungssystem, welches ein mathematisches Prozessmodell des dargestellten Teils der Kraftwerksanlage bildet. Auf analyti- schem oder numerischem Wege wird dieses Differenzialglei¬ chungssystem gelöst, so dass damit eine Simulation des Teils der Kraftwerksanlage durchgeführt werden kann.
In einem letzten Schritt 28 erfolgt eine Wirkverbindung die- ses Prozessmodells an die dargestellten Leittechnikkomponenten 16. Das heißt, dass die Ausgangsdaten der Leittechnikkomponenten 16, die entweder real oder virtuell vorliegen, in das Prozessmodell eingesetzt werden, und die vom Prozessmo¬ dell gelieferten Werte wiederum als Eingangsdaten in die Leittechnikkomponenten 16 geliefert werden. Zusätzlich kann in gleicher Weise auch eine Wirkverbindung zur Mensch-Maschine-Schnittstelle, z. B. einem Leitstand der Kraftwerksanlage hergestellt werden. Damit wird eine Echtzeitsimulation der Anlage ermöglicht. Alternativ kann auch ein beschleunigter Ablauf des Simulators erfolgen oder ein Regressionstest durchgeführt werden.
Auch in der in FIG 1 dargestellten graphischen Oberfläche 1 werden die durch das Prozessmodell in der Simulation gelie¬ ferten Daten dargestellt. Zur Steuerung der Simulation sind in FIG 1 Anzeigen 30 vorgesehen, die bei oder in Symbolen 2, 4, 6, 8 oder Leittechnikkomponenten 16 angeordnet sind. Diese Anzeigen 30 dienen je nach Anordnung verschiedenen Zwecken: Die den Symbolen 2, 4, 6, 8 zugeordneten Anzeigen 30 können beispielsweise Informationen über den Zustand des durch das Symbol 2, 4, 6, 8 auf Basis der Simulation liefern, z. B. den aktuellen Fluss durch ein Ventil als Zahlenwert, den aktuel¬ len Öffnungsgrad des Ventils etc. Solche Zustände müssen nicht notwendigerweise als Zahlenwerte dargestellt sein, son¬ dern können auch in der Art einer Animation erfolgen. So kann beispielsweise das Laufen eines Motors oder eines Förder¬ bands, die Füllung eines Kessels etc. graphisch in der Art einer Animation dargestellt sein.
Die den Leittechnikkomponenten 16 zugeordneten Anzeigen 30 zeigen aktuelle Werte von Daten, auch z. B. logischen Schaltzuständen der Leittechnikkomponente 16 an. Auch können aktu¬ elle Werte von Konfigurationsparametern, z. B. Verzögerungs- konstanten etc. angezeigt werden. Diese sind in der graphischen Oberfläche auch editierbar: Das heißt, dass in der Anzeige 30 durch den Benutzer eine Veränderung des jeweiligen Konfigurationsparameters vorgenommen werden kann, die unmit¬ telbar auf die Leittechnikkomponente 16 wirkt. Durch die ab- laufende Simulation können Auswirkungen dieser Änderung auf den Kraftwerksprozess sofort ermittelt werden. Bezugs zeichenliste
1 graphische Benutzeroberfläche
2, 4
6, 8 Symbol
10, 12
14, 15 Linie
16 leittechnische Komponente
18 Wirklinie
20 farbliche Hinterlegung
22, 24
26, 28 Schritt
30 Anzeige

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erzeugung eines Prozessmodells für eine Kraftwerksanlage, umfassend die Verfahrensschritte:
- Erzeugen, in einer graphischen Benutzeroberfläche (1), ei¬ nes Rohrleitungs- und Instrumentenfließschemas mit Symbolen (2, 4, 6, 8), die jeweils ein Bauteil zumindest eines Teils der Kraftwerksanlage repräsentieren,
- Erzeugen, in der graphischen Benutzeroberfläche (1), einer Anzahl von den jeweiligen Bauteilen zugeordneten Leittechnikkomponenten (16),
- Erzeugen, in der graphischen Benutzeroberfläche (1), einer Anzahl von Wirklinien (18), die jeweils ein ein Bauteil re¬ präsentierendes Symbol (2, 4, 6, 8) mit einer der dem jewei- ligen Bauteil zugeordneten Leittechnikkomponenten (16) verbinden,
- Erzeugen eines Prozessmodells für jedes der durch ein Symbol (2, 4, 6, 8) repräsentierten Bauteile,
- Erzeugen eines Prozessmodells für den Teil der Kraftwerks- anläge durch Verbinden der Prozessmodelle der dargestellten
Bauteile auf Basis des Rohrleitungs- und Instrumentenflie߬ schemas .
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Prozessmodell der Bauteile mit den ihnen jeweils zugeordneten Leittechnikkompo¬ nenten (16) wirkverbunden wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem für ein Symbol (2, 4, 6, 8) aktuelle, von dem Prozessmodell erzeugte Prozessdaten desjenigen Bauteils angezeigt werden, das das Symbol (2, 4, 6, 8) repräsentiert.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem für eine leittechnische Komponente (16) aktuelle Werte von Daten der leit- technischen Komponente (16) angezeigt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem für eine leittechnische Komponente (16) Werte von Konfigurations- Parametern der leittechnischen Komponente (16) angezeigt werden .
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der jeweilige Konfigu- rationsparameter durch eine Benutzereingabe in der graphischen Benutzeroberfläche (1) verändert wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Prozessmodell mit einer Mensch-Maschine-Schnittstelle der Kraftwerksanlage wirkverbunden wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eines der Bauteile ein Sensor ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eines der Bauteile ein Aktor ist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem für jeweils einer Bauteilgruppe zugeordnete Bauteile die diese Bauteile repräsentierenden Symbole (2, 4, 6, 8) und die diesen Bauteilen zugeordneten Leittechnikkomponenten (16) in der graphischen Benutzeroberfläche (1) in einer gemeinsamen Farbe hinterlegt werden.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem beim Erzeugen des Prozessmodells für jedes der durch ein Symbol (2, 4, 6, 8) repräsentierten Bauteile für jedes Symbol (2, 4, 6, 8) ein Differenzialgleichungssystem erzeugt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem beim Erstellen eines Prozessmodells für den Teil der Kraftwerksanlage die Diffe- renzialgleichungssysteme anhand gemeinsamer Variablen auf Ba¬ sis des Rohrleitungs- und Instrumentenfließschemas verbunden werden .
13. Prozessmodell für eine Kraftwerksanlage, erzeugt mit dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
14. Computerprogrammprodukt, welches Softwarecodeabschnitte umfasst, die, wenn sie in den Speicher einer Datenverarbei¬ tungsanlage geladen werden, die Datenverarbeitungsanlage zum Ausführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ertüchtigen.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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