ORTH, Jörg (Görresstr. 63, Heidelberg, 69126, DE)
| Patentansprüche 1. System zur Verkabelung von intelligenten Feldgeräten (41 , 42, 43) und/oder Ein- /Ausgabeeinheiten (44, 45, 46) mit einer übergeordneten Leittechnik (1) eines Prozesssteuerungssystems der technischen Anlage mit wenigstens zwei Automatisierungsgeräten (21 , 22, 23), die über einen Systembus (10) mit der übergeordneten Leittechnik (1) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Automatisierungsgeräte (21 , 22, 23) über ein Ethernet- Bussystem (50) so mit den intelligenten Feldgeräten (41 , 42, 43) und/oder Ein-/Ausgabeeinheiten (44, 45, 46) verbunden sind, dass ein Signaltransfer zwischen den Feldgeräten (41 , 42, 43) und/oder Ein-/Ausgabeeinheiten (44, 45, 46) zu den Automatisierungsgeräten über das Ethernet- Bussystem (50) ausführbar ist. 2. System nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet dass das Ethernet- Bussystem (50), die Automatisierungsgeräte (21 , 22, 23) und der Systembus (10) in Teilen oder vollständig redundant ausgeführt sind. 3. System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein an den Systembus (10) anschließbares Engineering-Tool automatisch aus einer Belegung und Applikation der Automatisierungsgeräte (21 , 22, 23) eine Routing- Information für einen Austausch der Ein-/Ausgangssignale zwischen den Feldgeräten (41 , 42, 43) und den Automatisierungsgeräten (21 , 22, 23) erzeugt und die Applikation auf alle über das Ethernet Bussystem (50) bereitgestellten Ein-/Ausgangssignale zugreift. 4. System nach einem der vorherigen Ansprüche, vorgesehen für den Einsatz in einem Kraftwerk. |
Anlage
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein System zur Verkabelung von intelligenten Feldgeräten und/oder Ein-/Ausgabeeinheiten mit einer übergeordneten Leittechnik oder Steuerung einer Automatisierungs- und Leittechnik einer technischen Anlage, auch Prozesssteuerungssystem der technischen Anlage genannt, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Das erfindungsgemäße System ist insbesondere für den Einsatz in einer Kraftwerksanlage geeignet.
In bekannten Prozesssteuerungssystemen sind die eingesetzten intelligenten Feldgeräte und/oder Ein-/Ausgabeeinheiten jeweils über einen separaten Feldbus mit dem entsprechend zugeordneten Automatisierungsgerät, nachfolgend auch als Controller bezeichnet, verbunden. Die Controller kommunizieren über einen Systembus mit einer übergeordneten Leittechnik bzw. übergeordneten Steuerung.
Werden nunmehr Signale von einem Feldgerät oder einer Ein-/Ausgabeeinheit benötigt, die nicht direkt mit dem jeweiligen Automatisierungsgerät verbunden ist, muss das entsprechende Signal über das direkt mit dem Feldgerät verbundene sogenannte Quell- Automatisierungsgerät und den alle Automatisierungsgeräte verbindenden Systembus zu einem anderen Automatisierungsgerät, dem sogenannten Ziel- Automatisierungsgerät, übertragen werden. Dies bedingt eine erhöhte Reaktionszeit bzw. niedrigere Übertragungsgeschwindigkeiten für so weitergeleiteten Signale sowie einen zusätzlicher Planungsaufwand für die Konfigurierung des Signalaustausches vom der Quell- Automatisierungsgerät zum Ziel-Automatisierungsgerät.
Um den Signaltransfer über den Systembus zu vermeiden, werden die Signale von und zu den Ein-/Ausgabeeinheiten und intelligenten Feldgeräten über Hardware- Rangierverteiler zu den Ziel-Automatisierungsgeräten geführt, was jedoch einen erhöhten Verdrahtungsaufwand und Hardwareaufwand durch zusätzlich benötigten Rangierverteiler bedeutet.
Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde ein System zur Verkabelung der Automatisierungs- und Leittechnik einer technischen Anlage, auch Prozesssteuerungssystem der technischen Anlage, genannt, anzugeben, wodurch vorgenannte Nachteile des Standes der Technik überwunden werden. Mit dem erfindungsgemäßen System sollen insbesondere der Planungsaufwand und die Reaktionszeit der Anlage reduziert sowie die Übertragungsgeschwindigkeiten der innerhalb der Anlage übertragenen Signale erhöht werden. Das erfindungsgemäße System ist als durchgängige Lösung, insbesondere sowohl zum Einsatz in der Schaltanlage als auch in der Prozesstechnik einer Kraftwerksanlage, vorgesehen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein System zur Verkabelung von intelligenten Feldgeräten und/oder Ein-/Ausgabeeinheiten mit einer übergeordneten Leittechnik oder Steuerung eines Prozesssteuerungssystems der technischen Anlage mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen des erfindungsgemäßen Systems sind in weiteren Ansprüchen und in der Beschreibung angegeben.
Erfindungsgemäß umfasst das System zur Verkabelung von intelligenten Feldgeräten und/oder Ein-/Ausgabeeinheiten mit der übergeordneten Leittechnik des Prozesssteuerungssystems der technischen Anlage mehrere Automatisierungsgeräte, auch Controller genannt, die über einen Systembus miteinander und mit der übergeordneten Leittechnik verbunden sind. Die Automatisierungsgeräte sind über ein Kommunikationsnetzwerk, beispielsweise das Ethernet so mit den intelligenten Feldgeräten und/oder Ein-/Ausgabeeinheiten verbunden, dass ein Signaltransfer zwischen den Feldgeräten und/oder Ein-/Ausgabeeinheiten zu den Controllern über das Ethernet- Bussystem ausführbar ist.
Dadurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass die Controller jeweils nur mit den für die Ausführung der vom jeweiligen Controller auszuführenden Automatisierungsfunktion benötigten Signalen belastet werden. Dadurch, dass nunmehr die Signale von und zu den Feldgeräten oder Ein-/ Ausgabeeinheiten bzw. den Controllern über das Ethernet- Bussystem zur Verfügung stehen, erhöht sich die Verfügbarkeit der technischen Anlage und die Reaktionszeit des gesamten Systems wird deutlich reduziert.
Das erfindungsgemäße System ermöglicht weiterhin, dass nunmehr eine Rangierung der Feldbussignale automatisch vom Engineering- Tool vornehmbar ist, wodurch sich der Planungsaufwand der technischen Anlage reduziert.
Anhand des in den folgenden Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles sollen die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen, Verbesserungen und weitere Vorteile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.
Es zeigen:
Fig. 1 ein System zur Verkabelung einer Automatisierungs- und Leittechnik einer technischen Anlage nach dem Stand der Technik,
Fig. 2 beispielhafte Ausführungen der Signalrangierung gemäß dem Stand der
Technik, und
Fig. 3 eine beispielhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Systems zur
Verkabelung von intelligenten Feldgeräten mit einer übergeordneten Steuerung eines Prozesssteuerungssystems der technischen Anlage.
In Fig. 1 ist eine beispielhafte Verkabelung zwischen einer übergeordneten Leittechnik 1 und daran angeschlossenen intelligenten Feldgeräten 41 , 42, 43 und Ein- /Ausgabeeinheiten 44, 45, 46 gemäß dem Stand der Technik dargestellt, wobei die übergeordneten Leittechnik 1 mit den Automatisierungsgeräten 21 , 22, 23 und die Automatisierungsgeräte 21 , 22, 23 miteinander über einen Leittechniksystembus 10 verbunden ist. Die Automatisierungsgeräte 21 , 22, 23 sind mittels einem oder mehreren Feldbussen 31 , 32, 33 mit den intelligenten Feldgeräten 41 , 42, 43 und Ein- /Ausgabeeinheiten 44, 45, 46 so verbunden, dass jedes Feldgerät 41 , 42, 43 und jede Ein-/Ausgabeeinheiten 44, 45, 46 jeweils mit nur einem Automatisierungsgerät 21 , 22, 23 fest verbunden ist. Das in der Fig. 1 dargestellte System zeigt eine redundante Ausführung der Automatisierungs- und Leittechnik der technischen Anlage. Im dargestellten redundanten System sind der Systembus 10, die daran angeschlossenen Automatisierungsgeräte 21 , 22, 23 und der Feldbus 31 , 32, 33 mit den jeweils daran angeschlossenen intelligenten Feldgeräten 41 , 42, 43 und Ein-/Ausgabeeinheiten 44, 45, 46 redundant ausgeführt.
Werden nunmehr beispielsweise Signale von einem ersten Feldgerät 41 benötigt, welches nicht direkt mit dem die entsprechende Automatisierungsfunktion ausführendem zweiten Automatisierungsgerät 22 verbunden ist, muss das entsprechende Signal über das direkt mit dem Feldgerät verbundene erste Automatisierungsgerät 21 , auch Quell- Automatisierungsgerät genannt, und den alle Automatisierungsgeräte 21 , 22, 23 verbindenden Systembus 10 zum zweiten Automatisierungsgerät 22, dem sogenannten Ziel- Automatisierungsgerät 22, rangiert werden. Dies bedingt eine erhöhte Reaktionszeit bzw. niedrigere Übertragungsgeschwindigkeiten für so weitergeleitete Signale und einen zusätzlichen Planungsaufwand für das Rangieren der Signale vom Quell- Automatisierungsgerät 21 zum Ziel-Automatisierungsgerät 22. Der vorab beschriebene Signaltransfer vom ersten Feldgerät 41 über das Quell- Automatisierungsgerät 21 zum Ziel- Automatisierungsgerät 22 ist in der Fig. 1 durch Pfeile gezeigt.
In Fig. 2 sind beispielhafte Ausführungen der Signalrangierung gemäß dem Stand der Technik gezeigt, wobei Fig. 2a eine sogenannte Parallelverdrahtung und Fig. 2b eine Signalrangierung über parallele Busse zeigt.
In einer zwischen dem Elektronikraum 4 und dem in Feld 2 angeordneten Schaltanlage bzw. Unterstation 3 sind Ein-/Ausgabeeinheiten für Geber 65 angeordnet. Die Verkabelung von den Ein-/Ausgabeeinheiten der Geber 65 bzw. den Feldgeräten 66 wird über entsprechende Anschlusseinheiten 63, 64 zum Rangierverteiler 62 geführt. Um den Signaltransfer zwischen den Automatisierungsgeräten über den Systembus 10 des Automatisierungssystems zu vermeiden, werden die Signale von und zu den Ein- /Ausgabeeinheiten der Geber 65 und Feldgeräten 66 über den Hardware- Rangierverteiler 62 zu den jeweiligen Ziel-Automatisierungsgeräten 61 geführt, was jedoch einen erhöhten Verdrahtungsaufwand und Hardwareaufwand durch die zusätzlich benötigten Rangierverteiler 62 bedingt.
In Fig. 2b sind die eingesetzten intelligenten Feldgeräte 76 und/oder Ein- /Ausgabeeinheiten der Geber 75 jeweils über einen separaten Feldbus 70 mit dem entsprechend zugeordneten Automatisierungsgerät 71 verbunden.
Werden nunmehr Signale von einem Feldgerät 76 oder einer Ein-/Ausgabeeinheit der Geber 75 benötigt, die nicht direkt mit dem jeweiligen Automatisierungsgerät verbunden sind, muss das entsprechende Signal über das direkt mit dem Feldgerät 76 verbundene sogenannte Quell- Automatisierungsgerät und den alle Automatisierungsgeräte verbindenden Systembus 10 zu einem anderen Automatisierungsgerät, dem sogenannten Ziel- Automatisierungsgerät, übertragen werden.
Fig. 2b zeigt die Verbindung der im Feld 2 der technischen Anlage angeordneten intelligenten Feldgeräte 76 und Ein-/Ausgabeeinheiten der Geber 75 mit dem im Elektronikraum 4 im Steuerschrank 71 befindlichen Steuerungssystem über entsprechende Anschlusseinheiten 73, 74 und parallel verlaufende Busse 70.
Fig. 3 zeigt eine beispielhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Systems zur Verbindung von intelligenten Feldgeräten 41 , 42, 43 und Ein-/Ausgabeeinheiten 44, 45, 46 mit einer übergeordneten Steuerung 1 eines Prozesssteuerungssystems eines Kraftwerkes.
Das erfindungsgemäße System zur Verkabelung der intelligenten Feldgeräten 41 , 42, 43 und Ein-/Ausgabeeinheiten 44, 45, 46 mit der übergeordneten Leittechnik 1 umfasst mehrere Automatisierungsgeräte 21 , 22, 23 die über einen Leittechniksystembus 10 mit der übergeordneten Steuerung 1 verbunden sind. Die Automatisierungsgeräte 21 , 22, 23 sind über ein Ethernet- Bussystem 50 so mit den intelligenten Feldgeräten 41 , 42, 43 und den Ein-/Ausgabeeinheiten 44, 45, 46 verbunden, dass ein Signaltransfer zwischen den Feldgeräten 41 , 42, 43, den Ein-/Ausgabeeinheiten 44, 45, 46 und den Controllern 21 , 22, 23 über das Ethernet- Bussystem 50 ausführbar ist. Der vorab beschriebene Signaltransfer vom ersten Feldgerät 41 über das Ethernet- Bussystem 50 zu einem Ziel- Automatisierungsgerät 22 ist in der Fig. 2 durch Pfeile gezeigt.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind das Ethernet- Bussystem 50, die Automatisierungsgeräte 21 , 22, 23 und der Systembus 10 redundant ausgeführt. Die redundante Ausführung des erfindungsgemäßen Systems findet beispielsweise Anwendung bei der Verkabelung der Controller, Ein-/ und/oder Ausgabeeinheiten und/oder Feldgeräten einer Kraftwerksanlage. Jedoch kann das erfindungsgemäße System in Teilen oder vollständig einkanalig ausgeführt sein.
Auch die Anzahl der an den Ethernet- Bus 50 angeschlossenen intelligenten Feldgeräte 41 , 42, 43 und Ein-/Ausgabeeinheiten 44, 45, 46 kann beliebig gewählt sein. Die Ein- /Ausgabeeinheiten 44, 45, 46 sind für den Anschluss weiterer Feldgeräte vorgesehen.
Die Nutzung des Ethernet- Bussystems 50 zur Kommunikation zwischen den Ein/Ausgängen der Feldgeräte 41 , 42, 43 und der Ein-/Ausgabeeinheiten 44, 45, 46 mit den Automatisierungsgeräten 21 , 22, 23 vereinfacht die Konfigurierung der Signalrangierung innerhalb des Prozesssteuerungssystems. Die Rangierung von Feldbussignalen zu den Ein-/Ausgabeeinheiten 44, 45, 46 und/oder intelligenten Feldgeräten 41 , 42, 43 ist automatisch von der übergeordneten Leittechnik aus durchführbar. Dazu erzeugt ein an den Leittechnik- oder Systembus 10 anschließbares Engineering-Tool automatisch aus der Belegung und Applikation der Automatisierungsgeräte 21 , 22, 23 die benötigte Routing- bzw. Rangierungsinformation für eine Kommunikation von Ein-/Ausgangssignalen zwischen den Feldgeräten 41 , 42, 43 und Automatisierungsgeräten 21 , 22, 23. Damit kann die jeweilige Applikation auf alle verfügbaren Ein-/Ausgangssignale im System nach der Konfiguration zugreifen. Umgekehrt ist jedes Automatisierungsgeräte 21 , 22, 23 in der Lage zu jeder anderen Ein-/Ausgabeeinheit 44, 45, 46 Signale zu senden und/oder von jeder Ein- /Ausgabeeinheit 44, 45, 46 zu empfangen. Somit ist der Applikationsprogrammierer völlig frei in der Zuordnung der vom System auszuführenden Funktionen zu den einzelnen Automatisierungsgeräten 21 , 22, 23.
In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung können die Automatisierungsgeräte
21 , 22, 23 als multitaskingfähige Controller ausgeführt sein und die in den Automatisierungsgeräten 21 , 22, 23 abgelegten Anwendungs-Tasks haben einen direkten Zugriff auf alle über das Ethernet- Bussystem 50 bereitgestellten Ein/ Ausgabesignale. Dadurch entfallen in vorteilhafter Weise Transfers zwischen Automatisierungsgeräten 21 ,
22, 23 und der Anwendungsprogrammierer muss nicht bedenken, wo und wie schnell benötigte Signale zur Verfügung stehen.
Die zusätzliche Anwendungs- Task zur Rangierung der Ein/ Ausgabesignale wird durch eine entsprechende Automatisierung der Kommunikationskonfiguration im Engineering- Tool unterstützt.
Bezugszeichenliste
übergeordneten Leittechnik Feld
Schaltanlage, Unterstation Elektronikraum Systembus
, 22, 23, 61 , 71 Automatisierungsgerät
,32,33,70 Feldbus
,42,43,66,76 Feldgerät
, 45_ 46 Ein-/Ausgabeeinheit
Ethernet- Bussystem
, 64, 73, 74 Anschlusseinheiten
Rangierverteiler
, 75 Geber
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