Beschreibung

Leittechniksystem für eine technische Anlage und Verfahren zum Betreiben eines leittechnischen Systems

Die Erfindung bezieht sich auf ein leittechnisches System für eine technische Anlage, insbesondere eine Kraftwerksanlage, mit einer Mehrzahl von datenseitig miteinander verbundenen, von einem zentralen Kontrollmodul überwachten und bedarfsweise in Abhängigkeit von einem Auslöseparameter aktivierten Funktionsmodulen. Sie betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen leittechnischen Systems.

In technischen Großanlagen wie beispielsweise Kraftwerksanlagen oder dergleichen kommen üblicherweise leittechnische Systeme oder Leittechniksysteme zum Einsatz, mit denen die Anlagenprozesse überwacht und gesteuert werden. Derartige leittechnische Systeme umfassen üblicherweise eine Vielzahl von Funktionsmodulen oder dergleichen, von denen jedes jeweils eine spezifische Aufgabe bei der überwachung und Steuerung der Anlagenprozesse, beispielsweise die überwachung und Steuerung einzelner Komponenten, die Erfassung bestimmter Prozessparameter, die Verwaltung und Steuerung der anfallenden Datenströme oder dergleichen, ausführt. Die Funktionsmodule tauschen dabei üblicherweise situations- und zustandsabhängig eine Vielzahl von Daten geeignet miteinander aus.

Zur geeigneten Ansteuerung und Aktivierung der Funktionsmodule sowie zur überwachung des allgemeinen Prozessablaufs in einem derartigen leittechnischen System ist den Funktionsmodulen, die ihrerseits als eigenständige Hardwarekomponenten, als Software-Module oder als Mischformen daraus ausgelegt sein können, üblicherweise ein übergeordnetes zentrales Kontrollmodul zugeordnet, das den allgemeinen Datentransfer sowie die geordnete Sequenz bei der Bearbeitung der anfallenden Datenströme überwacht und gegebenenfalls steuert. über ein derartiges zentrales Kontrollmodul, gegebenenfalls auch als „Scheduler" oder „Task Manager" bezeichnet, werden insbe-

sondere die Funktionsmodule geeignet angesteuert und nach der Zuführung geeigneter Eingangsdaten zur Ausgabe entsprechender, von der jeweiligen Funktion des Moduls abhängiger Ausgangsdaten veranlasst.

Gerade bei Leittechniksystemen in großtechnischen Anlagen hoher Komplexität sind üblicherweise eine Vielzahl von Komponenten mit hochkomplexen Verfahrensabläufen zu überwachen und zu steuern. Gerade in derartigen leittechnischen Systemen, die demzufolge hinsichtlich der Anzahl, Auslegung und Struktur ihrer jeweiligen Funktionsmodule eine vergleichsweise hohe Komplexität aufweisen, ist für einen ordnungsgemäßen Programmablauf und Datenaustausch und damit eine hohe betriebliche Sicherheit üblicherweise die korrekte Einhaltung von vor- gegebenen oder möglicherweise auch an externen Standards orientierten Nachrichtensequenzen von besonderer Bedeutung. Dabei ist insbesondere sicherzustellen, dass die Funktionsmodule derart geeignet und zeitgerecht angesteuert werden, dass die von ihnen jeweils gelieferten Ausgangsdaten, die ihrer- seits als Eingangsdaten für andere Funktionsmodule benötigt werden, rechtzeitig vorliegen und an das Ziel-Funktionsmodul geeignet weitergeleitet werden können. Darüber hinaus sind generell zur ordnungsgemäßen Verwaltung derartiger hochkomplexer Prozesse geeignete Datenströme und die Synchronisation verschiedenartiger Einheiten miteinander genau einzuhalten.

Um dies zu ermöglichen, erfolgt die Ansteuerung und Aktivierung der Funktionsmodule über das zentrale Kontrollmodul in der Regel anhand eines im Kontrollmodul überwachten Auslöse- parameters, anhand dessen innerhalb des Kontrollmoduls erkannt werden kann, dass dem aktuellen Anlagenzustand entsprechend nunmehr die Aktivierung des jeweiligen Funktionsmoduls notwendig oder gewünscht ist. Im Hinblick auf die hohe Komplexität moderner leittechnischer Systeme ist dabei für ein zuverlässiges und einheitliches Systemmanagement ein eindeutiger und in allen Funktionsmodulen sowie im übergeordneten Kontrollsystem jederzeit verfügbarer Auslöseparameter erforderlich. Im Hinblick auf diese Erfordernisse wird hierzu die

Systemzeit herangezogen, so dass übliche leittechnische Systeme oder Automatisierungssysteme echtzeitgesteuert betrieben werden .

In derartigen Systemen erfolgt das Management der Funktionsmodule durch geeignet zeitversetzte Ansteuerung, bei der beispielsweise vorgesehen sein kann, dass die Ansteuerung eines Funktionsmoduls eine vorgebbare Zeitspanne von beispielsweise 100 ms später erfolgen soll als die Ansteuerung eines anderen Funktionsmoduls.

Gerade in vergleichsweise komplexen Leittechnik- oder Automatisierungssystemen werden zur ordnungsgemäßen Prozessführung oder auch zu sonstigen Zwecken, beispielsweise zu Protokol- lierungs- oder Simulationszwecken, neben den genannten, auf einem Echtzeitparameter als Auslöseparameter beruhenden Abläufen oder so genannten Echtzeitberechnungen auch andersartige Berechnungen benötigt. Beispielsweise kann dabei im Rahmen von Diagnosen, Verifikationen oder Fehlerüberprüfungen die Durchführung von Berechnungen für Zeiten in der Vergangenheit oder beispielsweise für Prognosen, Trendabschätzungen und dergleichen die Durchführung von Berechnungen für Zeiten in der Zukunft erforderlich sein. Zu derartigen Zwecken und auch für Simulationszwecke, die beispielsweise im Zusammen- hang von Trainings für das Personal oder dergleichen erforderlich sein können und bei denen Rechenfunktionen gerade unabhängig von der im Rechnersystem verfügbaren Aktualzeit ausgeführt werden müssen, sind üblicherweise unterschiedliche Systeme innerhalb der leittechnischen Anlage vorgesehen, wo- bei jedes separate System u. a. eine eigenständige Engineering- und/oder Bedienoberfläche und somit eine eigenständige AblaufUmgebung aufweist.

Durch die Individualisierung und Ausführung derartiger an sich diversitärer Systeme zur Abdeckung des erforderlichen

Leistungsspektrums ist jedoch eine vergleichsweise hohe Systemkomplexität gegeben, die ihrerseits einen hohen Herstel- lungs- und Wartungsaufwand der einzelnen Systeme bedingt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Leittechniksystem für eine technische Anlage der oben genannten Art anzugeben, mit dem auf vergleichsweise einfache und ressour- censchonende Weise eine Durchführung des genannten Funktionalitätenspektrums ermöglicht ist. Des Weiteren soll ein zum Betreiben des leittechnischen Systems besonders geeignetes Verfahren angegeben werden.

Bezüglich des Leittechniksystems wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, indem der zur Aktivierung der Funktionsmodule durch das Kontrollmodul vorgesehene Auslöseparameter von einem Nutzer vorgebbar ist.

Die Erfindung geht dabei von der überlegung aus, dass eine

Abdeckung einer vergleichsweise großen Vielzahl von Funktionalitäten wie beispielsweise Echtzeitberechnungen einerseits und Diagnose-, Verifikations-, Prognose- oder sonstigen Funktionalitäten andererseits mit einem vergleichsweise einfach gehaltenen System und somit mit entsprechend gering gehaltenem Wartungs- und Installieraufwand erreichbar ist, indem auch im Hinblick auf die Vielzahl der gewünschten Funktionalitäten konsequent von der Bereitstellung unterschiedlicher Systeme oder Engineeringoberflächen abgesehen wird. Um den- noch unter Rückgriff auf ein einheitliches System und eine einheitliche Engineeringoberfläche zwar einerseits echtzeit- basierte, andererseits aber auch echtzeitunabhängige Automatisierungsabläufe realisieren zu können, sollte eine Ablaufumgebung oder Plattform bereitgestellt werden, die sowohl für zyklische Echtzeitbearbeitung als auch für frei konfigurierbare Berechnungszeiträume oder -ablaufe eingesetzt werden kann .

Dazu ist eine Ablaufumgebung vorgesehen, in der unterschied- liehe, insbesondere unterschiedliche parametrierbare, Task Manager oder Scheduler eingesetzt werden können. Dazu ist vorgesehen, unter Abkehr vom etablierten Prinzip der Nutzung der Echtzeit als fest verankerter Auslöseparameter im Kon-

trollmodul einen editierbaren oder vom Nutzer veränderbaren Auslöseparameter zur Ablaufsteuerung über das Kontrollmodul einzusetzen. Damit ist innerhalb der gleichen AblaufUmgebung ein Scheduler oder Task Manager mit unterschiedlich basierter und vom Nutzer veränderbarer Ablaufsteuerung einsetzbar.

Um dabei innerhalb einer einheitlichen Ablaufumgebung bereits ihrer Grundstruktur nach verschiedenartige AblaufSysteme realisieren zu können, ist vorteilhafterweise als Auslöseparame- ter alternativ zu einem Echtzeitparameter ein vom Nutzer veränderbarer Zeitparameter vorgesehen und auswählbar. Damit kann insbesondere ein Zeitwert abweichend von der Realzeit vorgegeben werden, so dass auf besonders einfache Weise ein Rückgriff auf Funktionsmodule mit unterschiedlichem Zeitstem- pel, also beispielsweise auf Prozessparameter oder dergleichen in der Vergangenheit oder auch in der Zukunft, ermöglicht ist. Dabei können insbesondere Prozesswerte aus einem Archiv geeignet eingebunden werden, wobei über die entsprechende Nutzung der Zeitwerte bei einer Vorgabe von Zeiten in der Vergangenheit Diagnose- oder Verifikationsfunktionen und bei Zeiten in der Zukunft Prognosefunktionen auf besonders einfache Weise eingebunden werden können. Insbesondere kann dabei durch die benutzerdefinierte Vorgabe eines wählbaren Zeitparameters als Auslöseparameter innerhalb ein und der selben Ablaufumgebung eine Einbindung von Bausteinen oder

Funktionsmodulen aller Art erfolgen, die bei einem rein echt- zeitbasierten System eigentlich nicht ansprechbar wären.

In weiterer oder alternativer vorteilhafter Ausgestaltung ist als Auslöseparameter ein ereignisgesteuerter Parameter vorgesehen. Auf diese Weise ist insbesondere ermöglicht, dass über ein entsprechend parametriertes und eingestelltes zentrales Kontrollmodul ein Prozessablauf im Wesentlichen unabhängig vom eigentlichen Zeitablauf, sondern vielmehr abhängig von den prozesslogisch vorhandenen Ereignisketten gesteuert werden kann. Auf diese Weise kann beispielsweise sichergestellt werden, dass für die Ansteuerung eines Funktionsmoduls benötigte Zwischenergebnisse zunächst abgewartet und bereitge-

stellt werden, wobei unmittelbar nach dem Eintreffen dieser Ergebnisse oder Zwischenwerte als auslösendes Ereignis das nachfolgende Funktionsmodul aktiviert wird. Bei einem derartigen, ereignisgesteuerten System kann somit unter bestmögli- eher Nutzung der vorhandenen Systemressourcen, also so schnell wie möglich, eine sequentielle Abarbeitung einzelner Prozessschritte erfolgen.

Bezüglich des Verfahrens wird die genannte Aufgabe gelöst, indem die Aktivierung der Funktionsmodule unter Berücksichtigung eines von einem Nutzer vorgegebenen Auslöseparameters vorgenommen wird.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesonde- re darin, dass durch die dem Nutzer bereitgestellte Auswahlmöglichkeit, den Auslöseparameter, anhand dessen die Ansteuerung der Funktionsmodule über das zentrale Kontrollmodul erfolgt, situationsabhängig oder bedarfsgerecht festzulegen, unter Beibehaltung einer gemeinsamen Ablaufumgebung und in- nerhalb ein und desselben Systems eine vergleichsweise große Vielzahl von Prozessabläufen und betrieblichen Funktionalitäten durchgeführt werden kann. Durch die hiermit ermöglichte Beibehaltung einer einzigen Ablaufumgebung für verschiedenartige Funktionalitäten wie Echtzeitberechnungen für die Auto- matisierung einerseits und auch Berechnungen für Zeiten in der Vergangenheit im Rahmen von Diagnose- oder Verifikationsfunktionen oder in der Zukunft im Rahmen von Prognosefunktionen andererseits können sämtliche genannten Funktionalitäten innerhalb ein und desselben Systems mit besonders gering ge- haltenem Aufwand bereitgestellt werden.

Ein Rückgriff auf andere Bausteine oder Funktionsmodule, insbesondere auf externe Applikationen oder gesonderte Systeme wie beispielsweise Simulatoren ist damit nicht mehr notwen- dig. Damit können auch die Aufwendungen zur Erstellung von Softwarebausteinen, Engineering-Aufwände und der Entwicklungsaufwand für Automatisierungssysteme insgesamt besonders

gering gehalten werden, da in sämtlichen Anwendungsbereichen immer die gleichen Funktionsbausteine genutzt werden können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die Figur schematisch ein Leittechniksystem.

Das Leittechniksystem 1 gemäß der FIG ist zur Steuerung und überwachung der Anlagenprozesse in einer vergleichsweise kom- plexen technischen Anlage, nämlich im Ausführungsbeispiel einer Kraftwerksanlage, vorgesehen. Dazu umfasst das Leittechniksystem 1 eine Vielzahl von Funktionsmodulen 2, die jeweils zur Wahrnehmung einzelner Funktionen oder Aufgaben im Rahmen des Gesamtablaufs spezifisch ausgelegt sind. Die Funktions- module 2 können dabei als separate Hardwarekomponenten, als eigenständige Softwaremodule oder als Verbund aus beidem ausgestaltet sein. Durch die einzelnen Funktionsmodule 2 können dabei insbesondere die relevanten Komponenten der Kraftwerksanlage individuell auf ihren betrieblichen Zustand überwacht und geeignet gesteuert sein, wobei weitere Funktionsmodule 2 zur spezifischen überwachung von Messparametern, zur Ermittlung von Zwischenergebnissen, zur überwachung der Datenströme und dergleichen vorgesehen sein können.

Zur Koordinierung der Datenströme, des Datenaustauschs zwischen einzelnen Funktionsmodulen 2 und dergleichen ist das Leittechniksystem 1 darüber hinaus mit einem zentralen Kontrollmodul 4 versehen, das die Funktionsmodule 2 überwacht und gegebenenfalls geeignet ansteuert. Das übergeordnete Kon- trollmodul 4, auch als „Scheduler" oder als „Task Manager" bezeichnet, steuert dabei bedarfsweise und gegebenenfalls einzelne Funktionsmodule 2 an und löst damit die Ausgabe geeigneter Ausgangssignale vom jeweiligen Funktionsmodul 2 aus, die ihrerseits als Eingangswerte für andere Funktionsmodule 2 herangezogen werden können.

Die Ansteuerung der Funktionsmodule 2 und die Auslösung von deren Funktionalitäten vom zentralen Kontrollmodul 4 aus er-

folgt dabei anhand eines Auslöseparameters, der im Kontrollmodul 4 geeignet überwacht wird. Im Fall der Auslegung des Leittechniksystems 1 als Automatisierungssystem für Echtzeitberechnungen könnte dieser Auslöseparameter dabei ein Echt- zeitparameter sein, der zur Steuerung der Funktionsabläufe geeignet herangezogen wird. In einem derartigen Auslegungsfall könnte beispielsweise vorgesehen sein, eines der Funktionsmodule 2 um eine vorgegebene Zeitspanne von beispielsweise 100 ms oder dergleichen zeitversetzt anzusteuern, nachdem die Ansteuerung eines anderen Funktionsmoduls 2 erfolgt ist. Bei einer Vorgabe der Echtzeit als Auslöseparameter arbeitet das Kontrollmodul 4 somit vergleichbar zu üblichen Kontrollmodulen .

Darüber hinausgehend ist das Leittechniksystem 1 aber auch dafür ausgelegt, zusätzlich zu auf Echtzeitberechnungen basierenden Automatisierungsprozessen weitere Funktionalitäten innerhalb einer gemeinsamen Ablaufumgebung für den Nutzer einzubinden. Als weitere Funktionalitäten können dabei bei- spielsweise auf in der Vergangenheit liegende Zeiten bezogene Funktionalitäten wie beispielsweise Diagnosen, Verifikationen oder dergleichen vorgesehen sein, und es können unter der Vorgabe geeigneter unterschiedlicher Zeitstempel in der Vergangenheit liegende Werte geeignet ermittelt oder auch unter Rückgriff auf Prozessarchive beschafft werden. Zusätzlich oder alternativ können als weitere Funktionalitäten auch auf Zeitwerten in der Zukunft beruhende Funktionalitäten wie beispielsweise Prognosen, Vorhersagen oder Trends in die gemeinsame AblaufUmgebung einbezogen sein.

Wiederum zusätzlich können weitere Funktionalitäten einbezogen sein, bei denen unter der Abkehr eines zeitbasierten Systems insgesamt die geeignete Ansteuerung von Funktionsmodulen 2 ereignisgesteuert und somit - bei geeignetem Vorliegen sämtlicher Startvoraussetzungen - unter bestmöglicher Nutzung sämtlicher Systemressourcen so früh wie möglich entsprechende Funktionen ausgelöst werden. Derartige Funktionalitäten können insbesondere zu Simulationszwecken herangezogen werden,

bei der eine zeitlich komprimierte Bearbeitung der Prozessabläufe wünschenswert ist.

Um eine derartige Bereitstellung verschiedenartiger Funktio- nalitäten in einer gemeinsamen Ablaufumgebung zu ermöglichen, ist im Leittechniksystem 1 die Prozesssteuerung über das Kontrollmodul 4 über einen Auslöseparameter vorgesehen, der von einem Nutzer vorgebbar und insbesondere aus einer hinterlegten Gruppe möglicher Auslöseparameter auswählbar ist. Dazu weist das zentrale Kontrollmodul 4 einen spezifisch zugewiesenen Speicherbereich 6 auf, in dem vom Nutzer über ein nicht näher dargestelltes Eingabegerät, beispielsweise eine Bildschirm-Tastatur-Einheit, ein geeigneter Auslöseparameter aus einer Gruppe hinterlegter möglicher Auslöseparameter auswähl- bar ist. Im Ausführungsbeispiel ist dabei als Alternative zur Echtzeit als möglicher Auslöseparameter ein von der Realzeit unterschiedlicher oder abweichender Zeitwert auswählbar. Alternativ kann als Auslöseparameter auch eine ereignisgesteuerte Systemumgebung ausgewählt werden, bei der die Auslösung oder Ansteuerung eines Funktionsmoduls 2 unmittelbar dann erfolgt, wenn die zur Nutzung des jeweiligen Funktionsmoduls 2 notwendigen Eingangsparameter sämtlich vorhanden und im zentralen Kontrollmodul 4 verfügbar sind.

Durch die dem Nutzer angebotene Option zur Auswahl eines geeigneten oder gerade gewünschten Auslöseparameters ist somit innerhalb einer einzigen, gemeinsamen Ablaufumgebung auch in verschiedenartigen Funktionalitäten oder Modi die Nutzung sämtlicher Funktionsmodule 2 oder sonstiger Bausteine für al- Ie Arten der Berechnung, also einer Berechnung in Echtzeit oder einer Berechnung in alternativer Systemzeit oder einer Berechnung auf ereignisgesteuerter Basis, möglich. Ein Rückgriff auf externe Applikationen oder gesonderte Systeme für spezielle Anwendungen, beispielsweise zu Simulationszwecken oder dergleichen, ist damit nicht erforderlich.