DE102006022558A1

DE102006022558A1 - Technische, insbesondere verfahrenstechnische Anlage

Info

Publication number: DE102006022558A1
Application number: DE200610022558
Authority: DE
Inventors: Günther Krohlas; Susanne Plank; Alex Reisler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-05-15
Filing date: 2006-05-15
Publication date: 2007-11-22
Also published as: WO2007132004A1

Abstract

Um bei einer technischen Anlage, bestehend aus Prozessmodulen, die vorgegebene prozesstechnische Funktionen autark ausführen, und einer übergeordneten Automatisierungseinrichtung mit Bedien- und Beobachtungsfunktion, die über eine Kommunikationsverbindung mit den Prozessmodulen verbunden ist, den benutzerseitigen Aufwand zur Erstellung bzw. Änderung von Automatisierungslösungen zu verringern, ist vorgesehen, dass für alle unterschiedlichen Typen von Prozessmodulen jeweils eine Regeldatei abgespeichert ist, die Regeln für die prozesstechnische Verschaltung des betreffenden Prozessmodultyps und eine Beschreibung des Prozessmodultyps beinhaltet, dass eine Einrichtung (18) zur automatischen Prüfung projektierter und/oder konfigurierter Verschaltungen von Prozessmodulen auf Verletzung der Regeln vorhanden ist und weiterhin dazu ausgebildet ist, bei Nichtverletzung der Regeln aus diesen und den zusätzlichen Beschreibungen automatisch eine Automatisierungslösung für die verschalteten Prozessmodule zu erstellen.

Description

Die Erfindung betrifft eine technische, insbesondere verfahrenstechnische und besonders mikroverfahrenstechnische Anlage nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Eine derartige Anlage ist gleichermaßen aus der DE 199 54 855 C1 oder der DE 103 35 122 A1 bekannt. Die bekannte Anlage besteht aus unterschiedlichen Hardware-Modulen in Form von Prozessmodulen, in denen modulspezifische verfahrenstechnische Funktionen (Prozessfunktionen) autark ausgeführt werden. Die Prozessfunktionen betreffen dabei die Behandlung von Fluiden, wie zum Beispiel deren Analyse oder Synthese durch chemische Reaktion. Dementsprechend kann es sich bei den Prozessmodulen um Pumpen-, Mischer-, Verweiler-, Filtermodule usw. handeln. Jedes Prozessmodul enthält eine Fluideinheit, zum Beispiel einen Mikromischer, eine Verweilerstrecke, eine Pumpe oder eine Ventilschaltung, sowie eine Steuereinheit zur Auswertung von in der Fluideinheit erfassten Prozesssignalen, wie zum Beispiel Temperatur, Druck, Durchfluss, und zur Erzeugung von Stellbefehlen für Stellglieder der Fluideinheit, wie zum Beispiel Ventile oder Pumpen. Die Prozessmodule sind an einer Montageschiene in einer sich aus der Art des jeweils durchzuführenden verfahrenstechnischen Prozesses ergebenden Auswahl und Reihenfolge montiert, wobei die Fluideinheiten miteinander fluidisch verbunden sind. Die Steuereinheiten der Prozessmodule sind dabei über eine gemeinsame Kommunikationsverbindung, hier einen Datenbus untereinander und mit einer übergeordneten Automatisierungseinrichtung mit Bedien- und Beobachtungsfunktion verbunden.
Die Automatisierungslösung, welche für dem Betrieb der Anlage, zur Steuerung der einzelnen Prozessmodule bei verschiedenen Betriebsarten, zum Bedienen und Beobachten der Prozessmodule und zur Steuerung der Reaktion der Anlage auf Störun gen benötigt wird, muss bei jeder Änderung der Anlagenkonfiguration und erst recht bei jeder Neukonfiguration einer solchen Anlage abgeändert bzw. neu erstellt werden. Je mehr Prozessmodule in die Automatisierungslösung eingebunden sind, umso größer ist auch die Anzahl möglicher Anlagenkonfigurationen. Die Realisierung, der Test und die Pflege der einzelnen Automatisierungslösungen wären dann nur noch mit sehr hohem Aufwand und in der Regel nur durch entsprechend ausgebildetes Personal möglich. Bei den Benutzern einer verfahrenstechnische Anlage handelt es sich hauptsächlich um Chemiker und Laboranten, die in der Regel nicht das notwendige Wissen zur Anpassung der jeweiligen Automatisierungslösung besitzen. Dennoch sollte auch diesen fachfremden Anwendern die Benutzung und Konfiguration einer solchen Anlage, wie sie eingangs beschrieben worden ist, ermöglicht werden, ohne dazu einen zusätzlichen Fachmann hinzuziehen oder besondere Schulungen absolvieren zu müssen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer modularen technischen, insbesondere verfahrenstechnischen Anlage den benutzerseitigen Aufwand zur Erstellung bzw. Änderung von Automatisierungslösungen zu verringern.
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe durch die in Anspruch 1 angegebene technische Anlage gelöst, von der vorteilhafte Weiterbildungen in den Unteransprüchen angegeben sind.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass, z. B. in einer Datenbank, für alle unterschiedlichen Typen von Prozessmodulen jeweils eine Regeldatei abgespeichert ist, die Regeln für die prozesstechnische Verschaltung des betreffenden Prozessmodultyps und eine Beschreibung des Prozessmodultyps beinhaltet, dass eine Einrichtung zur automatischen Prüfung projektierter und/oder konfigurierter Verschaltungen von Prozessmodulen auf Verletzung der Regeln vorhanden ist und weiterhin dazu ausgebildet ist, bei Nichtverletzung der Regeln aus diesen und den zusätzlichen Beschreibungen automatisch eine Automatisierungslösung für die verschalteten Prozessmodule zu erstellen.
Die Regeln, die jedem Typ eines Prozessmoduls mitgegeben sind, definieren z. B. welche Ausgänge mit welchen Eingängen unter welchen Bedingungen verschaltet werden dürfen. So darf z. B. ein Kühlmitteleingang eines Temperiermoduls nicht mit dem Produktauslass eines Reaktormoduls oder ein Niederdruckeingang nicht mit einem Hochdruckausgang verschaltet werden.
Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anlage ist vorgesehen, dass, z. B. in der Datenbank oder einer weiteren Datenbank, weitere Regeldateien mit Regeln für die Konfiguration unterschiedlicher Anlagentypen und zusätzliche Beschreibungen der betreffenden Anlagentypen abgespeichert sind und dass die Einrichtung weiterhin dazu ausgebildet ist, diese Regeln auf Verletzung durch die projektierte und/oder konfigurierte Verschaltungen der Prozessmodule zu prüfen und die Beschreibung des Anlagentyps bei der Erstellung der Automatisierungslösung heranzuziehen. Die anlagenspezifischen Regeln dienen dazu, für bestimmte Anlagentypen nur sinnvolle prozesstechnische Anlagenkonfigurationen zuzulassen. So muss beispielsweise einem Reaktormodul ein Pumpenmodul vor- oder nachgeordnet sein, um überhaupt einen Stofftransport durch das Reaktormodul zu ermöglichen. Bei Anlagen zur Durchführung exothermer Reaktionen kann über die anlagenspezifischen Regeln das Vorhandensein eines Temperier(Kühl-)moduls sichergestellt werden.
Bei der die Regeln auf Verletzung prüfenden Einrichtung kann es sich um ein Autoengineering-Werkzeug handeln, das auf die Regeldateien zugreifen kann und mit dem der Benutzer, z. B. Laborant, die Anlagenkonfiguration graphisch unterstützt (durch "Drag & Drop") manuell erstellen kann oder mit dem der Benutzer eine bereits realisierte Anlagenkonfiguration über den gemeinsamen Datenbus der Prozessmodule auslesen kann. In beiden Fällen wird über die modulspezifischen Regeln schrittweise die Platzierung der einzelnen Prozessmodule und über die anlagenspezifischen Regeln die sinnvolle Konfiguration der Gesamtanlage geprüft.
Bestehen keine Regelverletzungen, so wird aus den modul- und vorzugsweise auch anlagenspezifischen Regeln und den modul- und vorzugsweise auch anlagenspezifischen Zusatzinformationen automatisch eine Automatisierungslösung für die verschalteten Prozessmodule erstellt. Die Zusatzinformationen beinhalten z. B. Parameterbereiche wie zulässige Temperaturbereiche, minimal und maximal erzeugbarer Pumpendruck usw.
Die erstellte Automatisierungslösung umfasst vorzugsweise die Hardware- und Software-Konfigurierung der Prozessmodule, so z. B. die Vorgabe oder Einstellung von Parameterwerten wie Pumpendruck und Pumpgeschwindigkeit, Kühlleistung usw., sowie Steuerungsfunktionen der einzelnen Prozessmodule.
Die erstellte Automatisierungslösung umfasst vorzugsweise auch die Bedien- und Beobachtungsbilder für die Prozessmodule.
Bei Änderungen der Anlagenkonfiguration kann daher die zugehörige Automatisierungslösung in kurzer Zeit nachgezogen werden. So ist es auch im Laborbetrieb möglich, verschiedene Konfigurationen zu testen, ohne jedesmal aufwendige und langwierige Software-Anpassungen vornehmen zu müssen. Bei einer Einführung neuer Prozessmodultypen können die Regeldateien relativ einfach ergänzt und mit der Auslieferung der neuen Prozessmodule verteilt oder in ein bestehendes Autoengineering-Werkzeug eingebunden werden.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im Folgenden auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen; im Einzelnen zeigen
1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen modularen mikroverfahrenstechnischen Anlage in Form eines Blockschaltbildes und
2 ein Beispiel für das erfindungsgemäße Konzept zur Erstellung von Automatisierungslösungen.
1 zeigt eine modulare mikroverfahrenstechnische Anlage zur automatisierten Behandlung von Fluiden, zum Beispiel unterschiedliche Flüssigkeiten oder Gase. Unter Behandlung ist zum Beispiel die Analyse der Fluide und/oder die Synthese durch chemische Reaktionen der Fluide einschließlich der dazu erforderlichen Nebenfunktionen wie Aufbereiten, Mischen, Filtrieren, Förderung oder Druckaufbau mittels Pumpen, Erwärmung, Verdampfung usw. zu verstehen. Die Anlage besteht aus unterschiedlichen Prozessmodulen 1, 2, 3, 4, 5, 6, in denen vorgegebene verfahrenstechnische Funktionen wie Fluidverteilung, Pumpen, Durchflussmessung oder Mischen autonom ausgeführt werden und die aneinander gereiht an einer Montageschiene 7 montiert sind. Bei den Prozessmodulen 1 bis 6 kann es sich dementsprechend um verschiedenartige Fluidverteil-, Pump-, Durchflussmess-, oder Reaktionsmodule handeln. Jedes Prozessmodul 1 bis 6 weist jeweils eine Steuerungseinheit 8 und eine Fluideinheit 9 auf, wobei die jeweilige verfahrenstechnische Funktion innerhalb der Fluideinheit 9 in Abhängigkeit von Steuersignalen 10 der Steuerungseinheit 8 ausgeführt wird. In der Fluideinheit 9 aufgenommene Prozesssignale 11, zum Beispiel Druckwerte, Temperaturwerte oder Analysenwerte, werden an die Steuerungseinheit 8 übertragen. Die Steuerungseinheiten 8 in den unterschiedlichen Prozessmodulen 1 bis 6 sind über eine Kommunikationsverbindung 12 in Form eines Datenbusses untereinander und mit einer übergeordneten Automatisierungseinrichtung 13 verbunden. Die Fluideinheiten 9 sind über mehrere Fluidkanäle 14 und Fluidkonnektoren 15 miteinander verbunden, wobei die jeweils außen liegenden Fluidkonnektoren 15 der beiden Endmodule 1 und 6 zur Einleitung von Fluiden in bzw. zur Ausschleusung der Fluide aus der Anlage dienen. Die Automatisierungseinrichtung 13 enthält eine Bedien- und Beobachtungsfunktion 16 mit einem Autoengineering-Werkzeug und eine Datenbank 17, in der für jeden Prozessmodultyp und unterschiedliche Anlagentypen jeweils eine Regeldatei hinterlegt ist.
Das Diagramm in 2 zeigt in schematischer Darstellung, wie die in der Datenbank 17 enthaltenen Modul- und Anlagen regeln (einschließlich von modul- und anlagenspezifischen Zusatzinformationen) dem Autoengineering-Werkzeug zur Verfügung gestellt werden, das nach Prüfung von projektierten und/oder konfigurierten Verschaltungen der Prozessmodulen 1 bis 6 auf Verletzung der Regeln aus diesen und den zusätzlichen Beschreibungen automatisch eine Automatisierungslösung für die verschalteten Prozessmodule 1 bis 6 bestehend aus Hardware-Konfiguration und Software-Konfiguration (Steuerungsprogramm) sowie Bedien- und Beobachtungsbildern für die Prozessmodule 1 bis 6 erstellt.

Claims

Technische, insbesondere verfahrenstechnische Anlage bestehend aus Prozessmodulen (1 bis 6), die vorgegebene prozesstechnische Funktionen autark ausführen, und einer übergeordneten Automatisierungseinrichtung (13) mit Bedien- und Beobachtungsfunktion (16), die über eine Kommunikationsverbindung (12) mit den Prozessmodulen (1 bis 6) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass für alle unterschiedlichen Typen von Prozessmodulen (1 bis 6) jeweils eine Regeldatei (18) abgespeichert ist, die Regeln für die prozesstechnische Verschaltung des betreffenden Prozessmodultyps und eine Beschreibung des Prozessmodultyps beinhaltet, dass eine Einrichtung (18) zur automatischen Prüfung projektierter und/oder konfigurierter Verschaltungen von Prozessmodulen (1 bis 6) auf Verletzung der Regeln vorhanden ist und weiterhin dazu ausgebildet ist, bei Nichtverletzung der Regeln aus diesen und den zusätzlichen Beschreibungen automatisch eine Automatisierungslösung für die verschalteten Prozessmodule (1 bis 6) zu erstellen.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Regeldateien mit Regeln für die Konfiguration unterschiedlicher Anlagentypen und zusätzliche Beschreibungen der betreffenden Anlagentypen abgespeichert sind und dass die Einrichtung (18) weiterhin dazu ausgebildet ist, diese Regeln auf Verletzung durch die projektierte und/oder konfigurierte Verschaltungen der Prozessmodule (1 bis 6) zu prüfen und die Beschreibung des Anlagentyps bei der Erstellung der Automatisierungslösung heranzuziehen.
Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Automatisierungslösung die Hardware- und Software-Konfigurierung der Prozessmodule (1 bis 6) umfasst.
Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Automatisierungslösung ferner Bedien- und Beobachtungsbilder der Prozessmodule (1 bis 6) umfasst.