WO2020078629A1 - Steuerungssystem zur steuerung einer kraftwerksanlage - Google Patents

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    • H04L12/40045—Details regarding the feeding of energy to the node from the bus

Definitions

  • Control system for controlling a power plant
  • the present invention relates to a control system for the control of a power plant, comprising a central control device which has a central processing unit, at least one device arranged at a distance from the central control device, to which a plurality of field sensors and actuators is connected , and at least one input-output assembly, which connects the field sensors and actuators to the central processing unit, the central control device and the at least one field sub-distributor device being connected to one another via power supply lines, bus lines and signal lines.
  • Control systems of the type mentioned are used to control power plants.
  • the central control system which contains the central processing unit (CPU), is usually arranged in a control cabinet, which is housed in an electronics room of the power plant.
  • a control cabinet which is housed in an electronics room of the power plant.
  • Distributed in the power plant system and thus at a distance from the central control system device there are usually a plurality of sub-distribution devices, which are referred to below as field sub-distribution devices.
  • a large number of field sensors and actuators are connected to each of these sub-distribution devices, the field sensors detecting current process states of power plant operation and the field actuators being able to influence power plant operation.
  • the field sensors and actuators are connected to the central processing unit via at least one input / output module, which provides the necessary digital and / or analog inputs and outputs for the field sensors.
  • the arrangement of an input / output module can be both central in the central control system device and de central in the corresponding field sub-distribution device respectively.
  • the connection of the field subdistribution devices to the central control technology device is in each case via
  • Power supply lines, bus lines and signal lines are implemented, the number of signal lines depending on the number of field sensors and actuators connected to a field subdistribution device.
  • the central processing unit of the control system records the current process status via the field sensors and triggers corresponding reactions from field actuators.
  • each terminal point represents a potential one
  • Break point which may jeopardize the proper operation of the power plant.
  • a large number of lines lead to high material costs, which is not desirable.
  • the present invention provides a control system of the type mentioned, which is characterized in that the connection between the central control system device and the at least one field sub-distributor device is implemented via at least one power supply line, bus lines and signal lines having hybrid cables , which is provided at its free ends with a single connector, which contains connection elements for the power supply lines, bus lines and signal lines. Thanks to the use of such a hybrid cable according to the invention, on the one hand the number of lines can be reduced, which saves resources.
  • a large number of individual terminal points are each replaced by a single connector, which can be simply plugged in to connect to the central control system device or to the at least one field sub-distributor device, or can be easily removed for disconnection, which makes connection times and conversion times much easier and shorter leads to a smaller number of potential breaking points.
  • the bus lines of the hybrid cable are preferably designed as optical waveguides, which on the one hand ensures good electromagnetic compatibility. On the other hand, the number of lines can be reduced, because in the case of optical fibers - unlike field or high-speed buses - a separate conductor is not required for each bus.
  • the power supply lines and the signal lines of the hybrid cable advantageously have copper lines.
  • the at least one input-output module is provided in the at least one field sub-distribution device and is connected to the central processing unit of the central control system device via the at least one hybrid cable.
  • the at least one input / output module is provided in the central control system device and is connected to the central processing unit via separate bus lines and power lines, the field sensors and actuators being connected to the at least one input / output module via the at least one hybrid cable are connected.
  • Figure 1 is a schematic view of a control system according to a first embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a schematic cross-sectional view of a hybrid cable of the control system shown in Figure 1;
  • Figure 3 is a schematic view, in particular An
  • Figure 4 is a schematic view of a control system according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows schematically a control system 1 according to a first embodiment of the present invention, which serves to control a power plant 2.
  • the control system 1 comprises a central process control device 3, which comprises a central processing unit (CPU) 4 and is presently arranged in a process control cabinet 5, which can be accommodated, for example, in an electronics room of the power plant 2.
  • a field sub-distributor device 6 is provided at a distance from the central control system device 3, to which a plurality of field sensors and actuators 7 are connected, of which only one is shown in FIG. 1 by way of example.
  • the field sensors are used to record current process states in power plant operation.
  • the field actuators are then used to influence the power plant operation depending on the current process status.
  • the connec tion of the field sensors and actuators 7 with the central processing unit 3 is implemented via an input / output module 8. lized, which in the present case is arranged in the field sub-distribution device 6.
  • the input-output module 8 provides the necessary digital and / or analog inputs and outputs for the field sensors and actuators 7.
  • the input / output module 8 can have, for example, analog and digital input and output modules.
  • the analog input and output modules are advantageously designed in such a way that they have extended functions, such as oversampling, scaling of the measured values or adjustment of the measuring range, to name just a few examples.
  • connection between the central control system device 3 and the field sub-distributor device 6 is realized according to the invention via a hybrid cable 9, which, as shown in FIG. 2, has or includes power supply lines 10, bus lines 11 and signal lines 12.
  • the power supply lines 10 and signal lines 12 have copper lines.
  • the bus lines 11 are designed as optical waveguides.
  • a connection socket 15 assigned to the connection plugs 13, which also has suitable connection elements 14, is provided on the one hand on the central control system device 3 and on the other hand on the field sub-distribution device 6, see FIG. 3.
  • the connection socket 15 of the central control system device 3 is in turn connected to the Central processing unit 4 connected via a corresponding line 16, and the connection socket 15 of the field sub-distributor device 6 via a line 17 with the input / output assembly group 8.
  • a major advantage of the arrangement shown in FIG. 1 is that the connection between the central control system device 3 and the field subdistribution device 6 takes place via a single hybrid cable 9, which can be connected in a simple manner via the connecting plug 13 and the connecting sockets 15 can. In this way on the one hand prevents a large number of individual
  • Power supply lines, bus lines and signal lines between the central control system device 3 and the field sub-distribution device 6 must be drawn, whereby the effort for connecting or converting is greatly reduced. A large number of clamping points is also eliminated, which results in a reduction in potential breaking points.
  • FIG. 4 shows a control system 1 according to a second embodiment of the present invention, which has essentially the same structure as the control system shown in Figure 1, which is why a new description of mutually corresponding components is omitted.
  • the control system 1 shown in FIG. 4 differs from the control system 1 shown in FIG. 1 in that the input / output module 8 is arranged centrally in the central control technology device 3 and via separate bus lines 18 and power supply lines 19 with the central one Processing unit 4 is connected.
  • the field sensors and actuators 7 are connected to a terminal block 20 provided in the field sub-distribution device 6, which in turn is connected via the hybrid cable 9 to the input-output module 8.
  • control system 1 can also have a plurality of field sub-distribution devices 6 arranged in the power plant 2, even if only a single field sub-distribution device 6 is shown in FIGS. 1 and 4, to name just one example.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuersystem (1) zur Steuerung einer Kraftwerksanlage (2), umfassend eine zentralen Leittechnikeinrichtung (3), die eine zentrale Verarbeitungseinheit (4) aufweist, zumindest eine beabstandet von der zentralen Leittechnikeinrichtung (3) angeordnete Feld-Unterverteilereinrichtung (6), an die eine Mehrzahl von Feldsensoren und -aktoren (7) angeschlossen ist, und zumindest eine Ein-Ausgäbe-Baugruppe (8), welche die Feldsensoren und -aktoren (7) mit der zentralen Verarbeitungseinheit (4) verbindet, wobei die zentrale Leittechnikeinrichtung (3) und die zumindest eine Feld-Unterverteilereinrichtung (6) über Stromversorgungsleitungen (10), Busleitungen (11) und Signalleitungen (12) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen der zentralen Leittechnikeinrichtung (3) und der Feld-Unterverteilereinrichtung (6) über zumindest ein Stromversorgungsleitungen (10), Busleitungen (11) und Signalleitungen (12) aufweisendes Hybridkabel (9) realisiert ist, das an seinen freien Enden jeweils mit einem einzelnen Anschlussstecker (13) versehen ist, das Anschlusselemente (14) für die Stromversorgungsleitungen (10), Busleitungen (11) und Signalleitungen (12) beinhaltet.

Description

Steuerungssystem zur Steuerung einer Kraftwerksanlage
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuersystem zur Steu erung einer Kraftwerksanlage, umfassend eine zentralen Leit technikeinrichtung, die eine zentrale Verarbeitungseinheit aufweist, zumindest eine beabstandet von der zentralen Leit technikeinrichtung angeordnete Feld-Unterverteilereinrich tung, an die eine Mehrzahl von Feldsensoren und -aktoren an geschlossen ist, und zumindest eine Ein-Ausgabe-Baugruppe, welche die Feldsensoren und -aktoren mit der zentralen Verar beitungseinheit verbindet, wobei die zentrale Leittechnikein richtung und die zumindest eine Feld-Unterverteilereinrich tung über Stromversorgungsleitungen, Busleitungen und Signal leitungen miteinander verbunden sind.
Steuersysteme der eingangs genannten Art werden zur Steuerung von Kraftwerksanlagen eingesetzt. Die zentrale Leittechnik einrichtung, welche die zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) beinhaltet, ist normalerweise in einem Leittechnikschrank an geordnet, der in einem Elektronikraum der Kraftwerksanlage untergebracht ist. In der Kraftwerksanlage verteilt und somit beabstandet von der zentralen Leittechnikeinrichtung sind meist mehrere Unterverteilereinrichtungen vorgesehen, die nachfolgend als Feld-Unterverteilereinrichtungen bezeichnet werden. An diese Unterverteilereinrichtungen sind jeweils eine Vielzahl von Feldsensoren und -aktoren angeschlossen, wobei die Feldsensoren aktuelle Prozesszustände des Kraft werkbetriebs erfassen und über die Feldaktoren Einfluss auf den Kraftwerksbetrieb genommen werden kann. Die Verbindung der Feldsensoren und -aktoren mit der zentralen Verarbei tungseinheit erfolgt über zumindest eine Ein-Ausgabe-Bau- gruppe, welche die erforderlichen digitalen und/oder analogen Ein- und Ausgänge für die Feldsensoren zur Verfügung stellt. Die Anordnung einer Ein-Ausgabe-Baugruppe kann dabei sowohl zentral in der zentralen Leittechnikeinrichtung als auch de zentral in der entsprechenden Feld-Unterverteilereinrichtung erfolgen. Die Anbindung der Feld-Unterverteilereinrichtungen an die zentrale Leittechnikeinrichtung ist jeweils über
Stromversorgungsleitungen, Busleitungen und Signalleitungen realisiert, wobei die Anzahl der Signalleitungen von der An zahl der an eine Feld-Unterverteilereinrichtung angeschlosse nen Feldsensoren und -aktoren abhängig ist. Während des Kraftwerksbetriebs erfasst die zentrale Verarbeitungseinheit des Steuersystems den aktuellen Prozesszustand über die Feld sensoren und löst entsprechende Reaktionen von Feldaktoren aus .
Die große Anzahl von bei herkömmlichen Steuersystemen vorhan denen Leitungen führt zu einer großen Anzahl von einzelnen Klemmstellen, die bei Anschluss- und Umbauarbeiten einen hohen Arbeitsaufwand und damit auch hohe Kosten verursachen. Darüber hinaus stellt jede Klemmstelle eine potentielle
Bruchstelle dar, wodurch der ordnungsgemäße Kraftwerksbetrieb gefährdet sein kann. Zudem führt eine Vielzahl von Leitungen zu hohen Materialkosten, was nicht wünschenswert ist.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives Steuersystem der eingangs genannten Art zur Steuerung einer Kraftwerksanlage zu schaffen, das die zuvor genannten Nachteile herkömmlicher Steuersysteme zumindest teilweise beseitigt.
Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ein Steuersystem der eingangs genannten Art, das dadurch ge kennzeichnet ist, dass die Verbindung zwischen der zentralen Leittechnikeinrichtung und der zumindest einen Feld-Unterver teilereinrichtung über zumindest ein Stromversorgungsleitun gen, Busleitungen und Signalleitungen aufweisendes Hybrid kabel realisiert ist, das an seinen freien Enden jeweils mit einem einzelnen Anschlussstecker versehen ist, der Anschluss elemente für die Stromversorgungsleitungen, Busleitungen und Signalleitungen beinhaltet. Dank des erfindungsgemäßen Ein satzes eines solchen Hybridkabels kann zum einen die Anzahl von Leitungen verringert werden, was ressourcenschonend ist. Insbesondere wird eine Vielzahl einzelner Klemmstellen je weils durch einen einzelnen Anschlussstecker ersetzt, der zum Anschließen an die zentrale Leittechnikeinrichtung oder an die zumindest eine Feld-Unterverteilereinrichtung einfach eingesteckt oder zum Trennen einfach abgezogen werden kann, was erheblich einfacher auszuführende und kürzere Anschluss- und Umbauzeiten sowie eine geringere Anzahl von potentiellen Bruchstellen nach sich zieht.
Die Busleitungen des Hybridkabels sind bevorzugt als Licht wellenleiter ausgebildet, was zum einen eine gute elektromag netische Verträglichkeit gewährleistet. Zum anderen kann die Anzahl von Leitungen reduziert werden, da im Falle von Licht wellenleitern - anders als bei Feld- oder Hochgeschwindig keitsbussen - nicht für jeden Bus ein gesonderter Leiter be nötigt wird.
Die Stromversorgungsleitungen und die Signalleitungen des Hybridkabels weisen vorteilhaft Kupferleitungen auf.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Steuerungs systems ist die zumindest eine Ein-Ausgabe-Baugruppe in der zumindest einen Feld-Unterverteilereinrichtung vorgesehen und über das zumindest eine Hybridkabel mit der zentralen Verar beitungseinheit der zentralen Leittechnikeinrichtung verbun den .
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist die zumindest eine Ein-Ausgabe-Baugruppe in der zentralen Leittechnikeinrichtung vorgesehen und über separate Busleitungen und Stromleitungen mit der zentralen Verarbeitungseinheit verbunden, wobei die Feldsensoren und -aktoren über das zumindest eine Hybridkabel mit der zumindest einen Ein-Ausgabe-Baugruppe verbunden sind.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung wer den anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsfor men erfindungsgemäßer Steuersysteme unter Bezugnahme auf die Zeichnung deutlich. Darin ist
Figur 1 eine schematische Ansicht eines Steuersystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Er findung;
Figur 2 eine schematische Querschnittansicht eines Hybrid kabels des in Figur 1 gezeigten Steuersystems;
Figur 3 eine schematische Ansicht, die insbesondere An
schlussstecker des in Figur 2 gezeigten Hybrid kabels und die zugeordneten Buchsen zeigt; und
Figur 4 eine schematische Ansicht eines Steuersystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Er findung .
Gleiche Bezugsziffern bezeichnen nachfolgend gleichartige Bauteile .
Figur 1 zeigt schematisch ein Steuersystem 1 gemäß einer ers ten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das zur Steu erung einer Kraftwerksanlage 2 dient. Das Steuersystem 1 um fasst eine zentrale Leittechnikeinrichtung 3, welche eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 4 umfasst und vorliegend in einem Leittechnikschrank 5 angeordnet ist, der beispiels weise in einem Elektronikraum der Kraftwerksanlage 2 unterge bracht sein kann. In der Kraftwerksanlage 2 ist beabstandet zu der zentralen Leittechnikeinrichtung 3 eine Feld-Unter verteilereinrichtung 6 vorgesehen, an die eine Vielzahl von Feldsensoren und -aktoren 7 angeschlossen ist, von denen in Figur 1 beispielhaft nur einer dargestellt ist. Die Feld sensoren dienen dazu, aktuelle Prozesszustände des Kraft werksbetriebs zu erfassen. Die Feldaktoren werden dann dazu eingesetzt, in Abhängigkeit von den aktuellen Prozesszustän den Einfluss auf den Kraftwerksbetrieb zu nehmen. Die Verbin dung der Feldsensoren und -aktoren 7 mit der zentralen Verar beitungseinheit 3 ist über eine Ein-Ausgabe-Baugruppe 8 rea- lisiert, die vorliegend in der Feld-Unterverteilereinrichtung 6 angeordnet ist. Die Ein-Ausgabe-Baugruppe 8 stellt die er forderlichen digitalen und/oder analogen Ein- und Ausgänge für die Feldsensoren und -aktoren 7 zur Verfügung. Hierzu kann die Ein-Ausgabe-Baugruppe 8 beispielsweise über analoge und digitale Ein- und Ausgabemodule verfügen. Die analogen Ein- und Ausgabemodule sind dabei vorteilhaft derart ausge führt, dass sie über erweiterte Funktionen verfügen, wie etwa Oversampling, Skalierung der Messwerte oder Messbereichsan passung, um nur einige Beispiele zu nennen. Die Verbindung zwischen der zentralen Leittechnikeinrichtung 3 und der Feld- Unterverteilereinrichtung 6 ist erfindungsgemäß über ein Hyb ridkabel 9 realisiert, das, wie es in Figur 2 gezeigt ist, Stromversorgungsleitungen 10, Busleitungen 11 und Signallei tungen 12 aufweist bzw. beinhaltet. Die Stromversorgungslei tungen 10 und Signalleitungen 12 weisen Kupferleitungen auf. Die Busleitungen 11 sind vorliegend als Lichtwellenleiter ausgebildet. An den freien Enden des Hybridkabels 9 ist je weils ein einzelner Anschlussstecker 13 vorgesehen, der An schlusselemente 14 für die Stromversorgungsleitungen 10, die Busleitungen 11 und Signalleitungen 12 beinhaltet. Eine den Anschlusssteckern 13 zugeordnete Anschlussbuchse 15, die ebenfalls über passende Anschlusselemente 14 verfügt, ist einerseits an der zentralen Leittechnikeinrichtung 3 und an dererseits an der Feld-Unterverteilereinrichtung 6 vorge sehen, siehe Figur 3. Die Anschlussbuchse 15 der zentralen Leittechnikeinrichtung 3 ist wiederum mit der zentralen Ver arbeitungseinheit 4 über eine entsprechende Leitung 16 ver bunden, und die Anschlussbuchse 15 der Feld-Unterverteiler einrichtung 6 über eine Leitung 17 mit der Ein-Ausgabe-Bau gruppe 8.
Ein wesentlicher Vorteil der in Figur 1 dargestellten Anord nung besteht darin, dass die Verbindung zwischen der zentra len Leittechnikeinrichtung 3 und der Feld-Unterverteiler einrichtung 6 über ein einzelnes Hybridkabel 9 erfolgt, das über die Anschlussstecker 13 und die Anschlussbuchsen 15 in einfacher Weise angeschlossen werden kann. Auf diese Weise wird zum einen verhindert, dass eine Vielzahl einzelner
Stromversorgungsleitungen, Busleitungen und Signalleitungen zwischen der zentralen Leittechnikeinrichtung 3 und der Feld- Unterverteilereinrichtung 6 gezogen werden muss, wodurch der Aufwand für das Anschließen oder Umbauen stark verringert wird. Auch wird eine große Anzahl von Klemmstellen elimi niert, was eine Verringerung potentieller Bruchstellen zur Folge hat.
Figur 4 zeigt ein Steuersystem 1 gemäß einer zweiten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung, die im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie das in Figur 1 dargestellte Steuersystem aufweist, weshalb auf eine erneute Beschreibung einander ent sprechender Bauteile verzichtet wird. Das in Figur 4 darge stellte Steuersystem 1 unterscheidet sich dahingehend von dem in Figur 1 dargestellten Steuersystem 1, dass die Ein-Aus- gabe-Baugruppe 8 zentral in der zentralen Leittechnikeinrich tung 3 angeordnet ist und über separate Busleitungen 18 und Stromversorgungsleitungen 19 mit der zentralen Verarbeitungs einheit 4 verbunden ist. Die Feldsensoren und -aktoren 7 sind an eine in der Feld-Unterverteilereinrichtung 6 vorgesehene Klemmleiste 20 angeschlossen, die wiederum über das Hybrid kabel 9 an die Ein-Ausgabebaugruppe 8 angeschlossen ist.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausfüh rungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. So kann das Steuersystem 1 auch eine Mehrzahl von verteilt in der Kraftwerksanlage 2 angeordneten Feld-Unter verteilereinrichtungen 6 aufweisen, auch wenn in den Figuren 1 und 4 jeweils nur eine einzelne Feld-Unterverteilereinrich tung 6 dargestellt ist, um nur ein Beispiel zu nennen.

Claims

Patentansprüche
1. Steuersystem (1) zur Steuerung einer Kraftwerksanlage
(2) ,
umfassend eine zentralen Leittechnikeinrichtung (3) , die eine zentrale Verarbeitungseinheit (4) aufweist, zumindest eine beabstandet von der zentralen Leittechnikeinrichtung (3) angeordnete Feld-Unterverteilereinrichtung (6), an die eine Mehrzahl von Feldsensoren und -aktoren (7) angeschlos sen ist, und zumindest eine Ein-Ausgabe-Baugruppe (8), wel che die Feldsensoren und -aktoren (7) mit der zentralen Verarbeitungseinheit (4) verbindet,
wobei die zentrale Leittechnikeinrichtung (3) und die zu mindest eine Feld-Unterverteilereinrichtung (6) über Strom versorgungsleitungen (10), Busleitungen (11) und Signallei tungen (12) miteinander verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verbindung zwischen der zentralen Leittechnikein richtung (3) und der Feld-Unterverteilereinrichtung (6) über zumindest ein Stromversorgungsleitungen (10), Buslei tungen (11) und Signalleitungen (12) aufweisendes Hybrid kabel (9) realisiert ist, das an seinen freien Enden je weils mit einem einzelnen Anschlussstecker (13) versehen ist, das Anschlusselemente (14) für die Stromversorgungs leitungen (10), Busleitungen (11) und Signalleitungen (12) beinhaltet .
2 Steuersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü che,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Busleitungen (11) des Hybridkabels (9) als Licht wellenleiter ausgebildet sind.
3. Steuersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü che,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stromversorgungsleitungen (10) und die Signallei tungen (12) des Hybridkabels (9) Kupferleitungen aufweisen.
4. Steuersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü che,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zumindest eine Ein-Ausgabe-Baugruppe (8) in der zumindest einen Feld-Unterverteilereinrichtung (6) vorge sehen und über das zumindest eine Hybridkabel (9) mit der zentralen Verarbeitungseinheit (4) der zentralen Leittech nikeinrichtung (3) verbunden ist.
5. Steuersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zumindest eine Ein-Ausgabe-Baugruppe (8) in der zentralen Leittechnikeinrichtung (3) vorgesehen und über separate Busleitungen (18) und Stromleitungen (19) mit der zentralen Verarbeitungseinheit (3) verbunden ist,
wobei die Feldsensoren und -aktoren (7) über das zumindest eine Hybridkabel (9) mit der zumindest einen Ein-Ausgabe- Baugruppe (8) verbunden sind.
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