СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ УСТАНОВКОЙ, СОДЕРЖАЩЕЙ НЕСКОЛЬКО ЧАСТЕЙ Российский патент 1997 года по МПК G05B19/05 

Изобретение относится к автоматически работающей, содержащей множество частей, крупной промышленной установке, в частности промышленности основных материалов, например, к коксохимическому заводу, в котором различные части установки, которые частично находятся во взаимодействии друг с другом, имеют общую автоматизированную систему управления, которая содержит выполняющие отдельные функции приборы автоматики, связанные по линиям передачи данных с управляющим блоком и через него между собой.

Автоматически работающие, содержащие множество частей, крупные промышленные установки имеют множество подлежащих взаимному управлению и регулированию отдельных функций, которые обычно контролируются, управляются и регулируются с помощью автоматизированных систем управления, например системы Simatic S5 фирмы Сименс АГ. Отдельные приборы автоматики согласно уровню техники или обмениваются данными непосредственно друг с другом, или сообщаются по системе шин друг с другом и с управляющим блоком, если установка обладает таковым. Отдельные приборы автоматики подключены к системе шин через параллельные или чаще последовательные интерфейсы (стыки). Соответствующую систему и примененные в ней приборы автоматики показывает, например, проспект Simatic S5 фирмы Сименс АГ "Индивидуальные решения для каждой задачи автоматизации" номер заказа А19100-Е81-В552. На странице "Открытая связь в каждом уровне автоматизации" показаны открытые местные системы шин. Подобные автоматизированные системы управления являются универсально применимыми и хорошо учитывают требования к частично или полностью автоматизированному режиму работы установок. Управление данными в автоматизированных системах управления такого типа являются однако относительно трудоемким и при расширении или изменениях установок требует новой подготовки частей программного обеспечения. Часто при расширениях или изменениях возникают также проблемы интерфейса. Кроме того, через системы шин и/или управляющий блок должны перемещаться большие количества данных. Перепрограммирования являются трудоемкими и поэтому часто отодвигаются, даже если необходимость их является очевидной.

Снабженная свободно программируемыми, автономными приборами регулирования "Система управления процессом для коксохимической установки" известна из издания "Дом техники, публикации докладов 485" составителей Y.Schmidt-Balve и U. Pruser, с. 4-9. Здесь, смотри, в частности, рисунок 3, датчики, системы управления с программируемой памятью (SPS) и управляющая производственным процессом вычислительная машина образуют уровень процесса, уровень обработки информации и уровень управления. Также и здесь возникают значительные затраты на управление данными а также проблемы интерфейса. Обрабатываемое управляющей вычислительной машиной количество данных является большим, ее выход из строя или потеря данных имеют далеко идущие последствия.

Выполнение системы управления процессом подобного вида с тремя уровнями, однако, с применением в значительной степени одинаковых приборов автоматики показывает структура автоматизации коксохимической установки Prosper, которая опубликована под названием "Однородная структура автоматизации решает проблемы интерфейсов" в журнале Siemens Energy Automation, 8 год издания, выпуск 4, май/июнь 1986, с. 219-223. Здесь приборы автоматики уровня управления соединены звездой с приборами автоматики уровня обработки. Это справедливо также для сигналов о повреждениях. Хотя показанная иерархическая структура уже разделена и типы приборов в значительной степени стандартизованы, однако установка выполнена все еще по принципу обычной техники известных автоматизированных систем управления.

Задачей изобретения является указание автоматически работающей, содержащей множество частей, крупной промышленной установки, в частности, промышленности основных материалов, которая относительно ее структуры автоматизации выполнена выгодным новым образом. При этом по сравнению с уровнем техники должны значительно разгружаться имеющиеся шины данных и интерфейсы.

Далее должно быть обеспечено продолжение автономной работы отдельных частей установки также при повреждениях в управляющем блоке и его периферии, в системе шин или в любой группе приборов автоматики, без необходимости прибегать к связанному с большими затратами резервированию.

Эта задача решается тем, что приборы автоматики связаны друг с другом через местные блоки передачи данных в соответствии с технологической структурой установки в отдельные автономно работоспособные группы автоматики с возможностью прямого обмена данных, причем приборы автоматики по заданным им данным установки самостоятельно выполняют обработку значений из установки и перестановку, управление и регулирование приданных группе автоматики компонентов установки с распределением в соответствии с их программированием. Путем покидания известного структурного уровня и создания напрямую обменивающихся данными функциональных областей с простыми и ясными структурами, согласованными с частичными задачами в установке, структура автоматизации согласно изобретению становится предпочтительно особенно простой. При этом многие из выполняемых до сих пор управляющими блоками функций перекладываются на уровень обработки.

В качестве особых преимуществ оказалось, что возможен простой и одновременный ввод в эксплуатацию различных частей установки, далее существует явное разграничение интерфейсов относительно соседних и вышеподчиненных систем и возможность применения небольших и обозримых оптимированных программ. Дополнения и изменения частей установки, таким образом, возможны без отрицательного воздействия на текущий режим работы всей установки.

В изобретении предусмотрено, что приборы автоматики для стандартизации и упрощения программ и интерфейсов выполнены исключительно в виде приборов одного типа. Если приборы автоматики выполнены в виде приборов одного типа, то этот тип должен выбираться в соответствии с требованиями наиболее нагруженного отдельного прибора. За счет этого для остальных приборов получается избыточное оснащение относительно аппаратного обеспечения, однако при более внимательном рассмотрении неожиданным образом оказалось, что достигаемый в результате действительно сплошной однородности приборов автоматики эффект рационализации уменьшает общую стоимость установки. Преимущества, которые предоставляет установка с приборами автоматики одного типа, заключается, в частности, в снижении расходов на проектирование и ввод в эксплуатацию, в снижении расходов на обучение персонала, в снижении связывания капитала на содержание запасных частей, во избежание проблем интерфейса и в более простом обслуживании. Кроме того, аппаратное обеспечение получает значительные резервы мощности, так что и при функциональных расширениях в отдельных частях установки становятся ненужными расширения аппаратного обеспечения.

Местные блоки передачи информации особенно предпочтительно выполняются в виде неселективно действующих интерфейсных умножителей, которые, работая как местные шины, соединяют приборы автоматики с шинами данных, например с основной или вспомогательной шиной. Так получается особенно предпочтительное соединение отдельных приборов автоматики в группы приборов автоматики с возможностью прямой, быстрой связи между отдельными приборами одной группы автоматики при обычной связи с системой шин. Соответствующее присвоение данных к приборам автоматики и шинам происходит предпочтительно просто путем свободной передачи и распознавания адреса.

Элементы связи между группами автоматики и шинами или также шин между собой выполнены предпочтительно по меньшей мере частично работающими селективно по данным, например, в виде интеллигентных мостов с задающими функциями, чтобы, насколько это представляется уместным, развязать части установки с большими количествами данных. При этом происходит выбор данных в местных блоках передачи информации, вспомогательных шинах и основных шинах в соответствии с конфигурацией установки, причем элементы связи или соответственно соединительные элементы удерживают от других частей установки сигналы, важные только для одной части установки. Таким образом, получается выгодное уменьшение передачи данных, в частности, в основной шине. Селективность данных достигается предпочтительно также с помощью выбора адресов.

Интеллигентные мосты, например, селективно по данным работающие соединительные элементы выполнены предпочтительно в виде 10 Мбит/сек сетевых усилителей основной полосы. Так, предпочтительно может применяться первоначально разработанный для удлинения шины готовый электронный элемент (SINEC Bridge 402 фирмы Сименс АГ), который также, как и известные шины, уже испытан в установках. В своей новой функции мост такого типа позволяет особенно выгодное выполнение структуры автоматизации согласно изобретению.

Интеллигентные мосты, которые могут быть многократно расположены в шинах или соответственно селективно по данным работающие соединительные элементы, которые выполнены предпочтительно самопрограммируемыми, анализируют самостоятельно адреса отправителя и передают только данные, которые не адресованы конечным приборам той же самой частичной сети (сравнение направления приемопередачи). Таким образом, с одной стороны, уменьшается количество данных в шинах и в управляющей вычислительной машине, а с другой стороны, обеспечивается то, что все существенные данные могут пройти интеллигентные мосты. Это справедливо как для данных управляющего блока, так и для данных от и к программирующему устройству или тому подобному, как, например, для данных от и к блоку для периодического технического обслуживания и профилактики.

На коксохимическом заводе, для которого впервые была разработана соответствующая изобретению структура автоматизации для установок промышленности основных материалов, так как здесь особенно положительно проявляются преимущества экономии расходов, множество устройств визуализации и приборы управления для отдельных групп автоматики могут быть объединены в одном общем помещении пульта управления.

На чертеже подробно описана структура автоматизации коксохимического завода в качестве примера крупной установки; позиция 1 обозначает основную шину и 2 вспомогательную шину, например, для установки обработки газа и полезных веществ из угля коксохимического завода. Приборы автоматики установки объединены в группы 4-12. В группах приборов автоматики 4, 5, 6 и 7 в качестве примера схематически представлены приборы автоматики 19. Приборы автоматики 19 через интерфейсные умножители или другие местные блоки передачи данных через интерфейсы 16 соединены с основной шиной 1 или соответственно со вспомогательной шиной 2. Позициями 8, 9, 10 и 11 обозначены, например, отдельные части установки, связанные через вспомогательную шину 2 в группу автоматики. Эта структура рекомендуется для частей установки с особенно большим взаимодействием.

Между основной шиной 1 и вспомогательной шиной 2 расположен обозначенный позицией 17 интеллигентный мост, который, работая селективно, по данным согласно изобретению не служит для удлинения шины, а соединяет друг с другом две параллельные шины. Также и интерфейсы 16 могут быть выполнены в виде интеллигентных мостов, если это необходимо по причине количеств данных или по другим причинам.

Для полноты картины установка содержит еще, по меньшей мере, программирующее устройство 13, управляющий блок 14 и блок для периодического технического обслуживания и профилактики 15. К этому блоку подводят также символизированные стрелкой 20 данные извне автоматизированной системы управления.

Сигналы помех подводят, как правило, к управляющему блоку 14 или специальному прибору. Ввиду независимой работы сигналы помех могут накапливаться с задержкой во времени. Для безупречного прослеживания событий они получают временной штемпель и могут позднее выгодным образом сортироваться. Таким образом, по сравнению с известной структурой звезды не возникает никакого недостатка при определении причин ошибки.

Количество приборов автоматики каждой группы приборов автоматики 4, 7 и 12, а также 18, как уже схематически отмечалось, является различным и согласовано с задачей группы приборов автоматики. Так, например, предназначенная для обработки исходного угля группа приборов автоматики 4 содержит семь приборов автоматики, группа автоматики 5 для стационарных агрегатов получения кокса содержит десять приборов автоматики, группа приборов автоматики 6 для подвижных агрегатов получения кокса и центрального удаления пыли содержит шестнадцать приборов автоматики для двух комплектов машин обслуживания печей и, наконец, группа автоматики 7 для установки грохочения содержит восемь приборов автоматики.

В качестве приборов автоматики, например, предпочтительно используют самые большие приборы автоматики серии Simatic фирмы Сименс АГ, приборы S% -155 U. Неожиданным образом оказалось, что несмотря на большое количество этих зарекомендовавших себя в высшем диапазоне мощностей управляющих устройств с программируемой памятью приборов (в случае проектируемого коксохимического завода, например, свыше 70 приборов) в общем при повышенной гибкости достигается более выгодное, с точки зрения затрат, выполнение установки, чем в случае применения приборов автоматики, индивидуально согласованных с соответствующими функциональными требованиями, например, типов 135 U или 115 U или еще меньше.

Крупная автоматизированная промышленная установка согласно изобретению может быть выполнена не только в показанном виде, для областей с существенными для надежности сигналами, например для шахтной подъемной установки или в химии, может быть предложена разделенная на части конструкция с группами приборов автоматики для не существенных для надежности сигналов и, с еще меньшими размерами и быстрее работающая, только для существенных для надежности сигналов. Подобная установка, однако, также использует основную идею изобретения, как и установка с отличающейся структурой шин или с большим количеством интеллигентных мостов.

Изобретение относится к автоматически работающей, содержащей множество частей, крупной промышленной установке, в частности, промышленности основных материалов, например коксохимическому заводу, в которой различные части установки, которые частично оказывают воздействие друг на друга, содержат общую систему автоматического управления, которая имеет выполняющие отдельные функции приборы автоматики, соединенные по линиям передачи данных с управляющим блоком и через него друг с другом, причем приборы автоматики через местные блоки передачи данных соединены друг с другом с возможностью прямого обмена данных в отдельные, автономно работоспособные группы автоматики в соответствии с технологической структурой установки, причем приборы автоматики самостоятельно производят обработку значений из установки и перестановку, управление и регулирование приданных группе автоматики компонентов установки с распределением соответственно их программированию в соответствии с заданными им данными установки. 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система автоматического управления промышленной установкой, содержащей несколько частей, например коксохимического завода, содержащая общую автоматизированную систему управления с приборами автоматики, соединенными между собой по меньшей мере через одну линию передачи данных, и соединительные элементы, отличающаяся тем, что приборы автоматики объединены в группы по частям установки, причем внутри каждой группы приборы автоматики соединены между собой через местный блок передачи данных, который через элемент связи подсоединен к шине данных. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что местный блок передачи данных выполнен без возможности селекции данных. 3. Система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что элементы связи выполнены с возможностью селекции данных. 4. Система по любому из пп.1 3, отличающаяся тем, что шина данных выполнена в виде основной шины и по меньшей мере одной вспомогательной шины, которые соединены между собой через соединительный элемент, выполненный с возможностью селекции данных. 5. Система по любому из пп.1 4, отличающаяся тем, что элементы связи и соединительные элементы выполнены в виде сетевых усилителей с возможной скоростью передачи данных 10 Мбит/с. 6. Система по любому из пп.1- 5, отличающаяся тем, что элементы связи или соединительные элементы выполнены с возможностью самообучения, анализа адресов отправителей и передачи только тех данных, которые адресованы не приборам автоматики части установки со стороны отправителя. 7. Система по любому из пп. 1 6, отличающаяся тем, что она снабжена устройством программирования, блоком для периодического технического обслуживания и профилактики, управляющим блоком, которые соединены с основной шиной данных через интерфейсы. 8. Система по любому из пп.1 7, отличающаяся тем, что в качестве приборов автоматики использованы приборы автоматики одного типа. 9. Система по п.4, отличающаяся тем, что приборы автоматики установки, содержащей части для обработки газов и полезных веществ из угля на коксохимическом заводе, объединены вспомогательной шиной, которая через элемент, выполненный с возможностью селекции данных, соединена с основной шиной. 10. Система по любому из пп.1 9, отличающаяся тем, что для коксохимического завода с установкой грохочения, установкой подвижного производства кокса, установкой стационарного производства кокса, установкой сухого тушения кокса, зоной исходного угля приборы автоматики объединены в группы для каждой установки и зоны исходного угля.