Verfahren zur programmierten Steuerung von Prozessen Chemische oder andere Prozesse lassen sich in ein zelne Prozesstakte unterteilen. Einleitung, überwa- chung und Beendigung der einzelnen Prozesstakte wer den weitgehend durch entsprechend geschulte Kräfte durchgeführt. Dennoch können bei unvorhergesehenen Störungen im Prozessablauf die erforderlichen Mass- nahmen oft nicht schnell genug eingeleitet werden.
Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zur programmierten Steuerung von Prozessen, wobei das Programm in Takten unter dauernder Kontrolle von gemessenen Betriebszustandsgrössen und dem Ver gleich dieser Zustandsgrössen mit den entsprechenden Forderungen des Programms vorwärts geschaltet wird, das dadurch gekennzeichnet ist, dass bei allen Abwei chungen von einem normalen im Programm vorgese henen Prozessablauf der Prozess auf einen ebenfalls programmierten Nebenweg übergeführt wird.
Aus der Werkzeugmaschinenindustrie sind soge nannte Schrittsteuerungen bekannt, die sich nach ei nem Programm vorwärtsschalten. Diese Steuerungen können bei Störungen im Arbeitsablauf nur die Anlage ausser Betrieb setzen, sie können aber keine Entschei dungen auf Grund von Störungsmeldungen treffen, eine Fortführung des geplanten Arbeitsablaufs ist somit nicht möglich.
Mit einem handelsüblichen Computer wäre man zwar in der Lage, die erforderlichen Aufgaben ohne grossen personellen Aufwand zu erfüllen, Steuergeräte der erfindungsgemässen Art arbeiten jedoch wesentlich wirtschaftlicher.
Zur besseren Verständlichmachung der Erfindung soll an Hand eines Blockschemas (Anhang) die Funk tionsweise eines einfachen Steuergerätes für einen pro grammgesteuerten Prozess erläutert werden:
Durch Kontaktgabe in der Startstufe wird die Adresse O via Leitung a, Adressenspeicher ASP und Lei tung b in die Adressenentschlüsselungseinheit AE ge geben. über die Befehlsausgabestufe BA, den Weg d/di und die Rückmeldekontrollstufe RK I gelangt die Startadresse in die Adressenverschlüsselungsstufe AV, wo die Startadresse aufgerufen wird.
Diese Adresse geht über Weg g, Adressspeicher ASP und Leitung b in die Adressenentschlüsselungsstufe AE, von wo aus ein Signal über c zur Befehlsausgabe BA geht und dort die Befehle für den ersten Prozesstakt auslöst. über Weg hi gehen die entsprechenden Signale an die Or gane der Fabrikationsanlage (Prozess).
Die Befehlsüberwachung BU kontrolliert durch die direkte Rückmeldung (über Weg ri) das Ankommen und die Ausführung der Befehle in der Prozessanlage, durch Vergleich mit den Befehlssignalen aus Weg h2. Sollte zum Beispiel nach dem Befehl zum Einschalten der Heizung kein Strom durch den entsprechenden elek trischen Heizkreis fliessen, würde das verlangte Rück meldungssignal aus dem Weg ri nicht in der Befehls überwachung BU eintreffen, während das Signal aus Weg h2 in BU vorhanden wäre.
Am Ausgang der Stufe BU würde dadurch ein Signal abgegeben werden, das über den Weg i/i2 in der Störanzeige STA einen be stimmten Alarm auslösen und über Weg i/ii in die Rückmelde-Kontrollstufe RKII kommend, dort zum Aufrufen eines Unterprogramms führen würde. Die entsprechenden Signale würden dann, nach Durchlau fen der Stufen AV, ASP und AE, das Einschalten ei nes weiteren Heizelements veranlassen.
Auf diese Weise ist eine Korrektur des Programms möglich, ohne dass der gewünschte Gesamtablauf des Prozesses gestört wird.
Bei programmgemässer Ausführung eines Befehls erscheint jeweils am zeitlichen Ende des Prozesstakts über r2 das entsprechende Rückmeldesignal (z. B. eine gewisse Zeit nach Einschalten der Heizung ist die Temperatur auf den vorbestimmten Wert gestiegen). Dieses Signal löst in der Stufe RK 1 die nächste pro- grammgemässe Adresse aus, die über Weg ei in die Adressenverschlüsselung AV gelangt. Der Schrittzähler SZ speichert die jeweilige Adres se, die über Weg f dorthingalangt. Dadurch kann nach jeder Unterbrechung des Programms dieses nach Be tätigung der Starttaste wieder in der vorgesehenen Wei se weiter ablaufen.
Bei einer Steuerung von Hand aus kann mit dem Vorwahlschalter VS eine Adresse belie biger Zahl des Programms kodiert über f2 in den Schrittzähler SZ und über fi in die Adressenverschlüs selung AV gegeben werden. Die folgende Adresse stellt sich dann wieder automatisch ein.
Die Rückmeldekontrollstufe RK I kann als positive Stufe bezeichnet werden, das heisst, dass beim erwar- tungsgemässen Eintreffen einer Rückmeldung aus r2 (z. B. vorgesehenes Niveau oder vorgesehene Tempera tur erreicht) am Ende eines Prozesstakts, über ei, eine Adresse zur Einleitung des nächsten Programmtakts an die Adressenverschlüsselung AV weitergegeben wird.
Auf Rückmeldungen aus r2, die nicht zum norma len Prozessablauf gehören (z. B. Überschreiten der vor gesehenen Reaktionstemperatur), spricht die Rückmel- dekontrollstufe RK II an. Bei unprogrammgemässen Rückmeldungen aus r2 wird, durch RK 1I ausgelöst, über Weg e2 ein Unterprogramm (z.
B.: Einleitung ei nes Kühlvorgangs) aufgerufen. Über Weg k wird eine bestimmte Alarmeinrichtung der Störanzeige STA an- g;,wählt, der Alarm wird durch das Signal, das im Weg e2/es erscheint, ausgelöst. Auch das Fehlen einer programmgemäss zu erwartenden Rückmeldung aus r2 (z. B. wenn ein vorbestimmtes Flüssigkeitsniveau innerhalb der vorgesehenen Zeit nicht erreicht wird) führt in der Stufe RK II zum Aufrufen eines Unter programms.
Der Prozess kann durch einen Befehl aus dem Steu ergerät und natürlich auch von Hand aus (Stopp-Taste) angehalten werden. Der Stopp-Befehl ist als Unterpro gramm aufzufassen, das in der Folge zur Ausschal tung der Energiezufuhr für einzelne Organe des Pro zesses führt, gegebenenfalls können Ventile geöffnet bzw. geschlossen werden und andere Sicherheitsmass- nahmen getroffen werden.
Der Schrittzähler SZ kann so ausgeführt sein, dass nicht nur die Kennzahl des zuletzt ausgeführten Pro grammtakts abgelesen werden kann, sondern die Kenn zahlen aller für den gerade laufenden Prozess schon ausgeführten Programmtakte sichtbar sind, wobei ge rade die Anzeige einer Unterprogrammtakt-Kennziffer von Interesse ist.
Für den einfachen Fall, dass ein Produkt aus ei ner Vorlage in einen Reaktionskessel eingetragen, dort unter Rühren auf 80 C erhitzt und danach in ein Vorratsgefäss transferiert werden soll, sieht ein Pro gramm bei ungestörtem Ablauf folgendermassen aus:
EMI0002.0035
Befehle <SEP> Rückmeldungen
<tb> Takt <SEP> 0 <SEP> keine <SEP> keine
<tb> Takt <SEP> 1 <SEP> keine <SEP> Vorlage <SEP> voll, <SEP> Kessel <SEP> leer,
<tb> Bodenventil <SEP> geschlossen,
<tb> Einlassventil <SEP> geschlossen;
<tb> Takt <SEP> 2 <SEP> Rührwerk <SEP> ein, <SEP> Rührwerk <SEP> läuft;
<tb> Takt <SEP> 3 <SEP> Rührwerk <SEP> ein, <SEP> Einlassventil <SEP> auf, <SEP> Rührwerk <SEP> läuft,
<tb> Zeitkontrolle <SEP> ein, <SEP> Einlassventil <SEP> offen,
<tb> Sollwert <SEP> f. <SEP> Kontrollzeit <SEP> ein;
<SEP> Zeitkontrolle <SEP> läuft,
<tb> Reaktionskessel <SEP> auf <SEP> Niveau <SEP> gefüllt,
<tb> Kontrollzeit <SEP> nicht <SEP> abgelaufen;
<tb> Takt <SEP> 4 <SEP> Rührwerk <SEP> ein, <SEP> Heizung <SEP> ein, <SEP> Rührwerk <SEP> läuft,
<tb> Sollwert <SEP> für <SEP> Heizung <SEP> 80 <SEP> C <SEP> ein, <SEP> Heizung <SEP> eingeschaltet,
<tb> Zeitkontrolle <SEP> ein,
<tb> Sollwert <SEP> f. <SEP> Kontrollzeit <SEP> ein; <SEP> Zeitkontrolle <SEP> läuft;
<tb> Temperatur <SEP> im <SEP> Kessel <SEP> 80 <SEP> C,
<tb> Kontrollzeit <SEP> nicht <SEP> abgelaufen;
<tb> Takt <SEP> 5 <SEP> Rührwerk <SEP> ein, <SEP> Bodenventil <SEP> auf, <SEP> Rührwerk <SEP> läuft,
<tb> Zeitkontrolle <SEP> ein, <SEP> Sollwert <SEP> f. <SEP> Kon- <SEP> Bodenventil <SEP> offen,
<tb> trollzeit <SEP> ein;
<SEP> Zeitkontrolle <SEP> läuft;
<tb> Kessel <SEP> leer,
<tb> Kontrollzeit <SEP> nicht <SEP> abgelaufen;
<tb> Takt <SEP> 6 <SEP> Endsignal <SEP> ein. <SEP> Endsignal <SEP> eingeschaltet.
EMI0003.0001
<I>Beispiel <SEP> 1 <SEP> für <SEP> gestörten <SEP> Ablauf <SEP> des <SEP> beschriebenen <SEP> Prozesses.</I>
<tb> Befehle <SEP> Rückmeldungen
<tb> I
<tb> Takt <SEP> 0 <SEP> keine <SEP> keine
<tb> y
<tb> Takt <SEP> 1 <SEP> keine <SEP> Vorlage <SEP> voll, <SEP> Kessel <SEP> leer,
<tb> Bodenventil <SEP> und <SEP> Einlassventil
<tb> geschlossen;
<tb> Takt <SEP> 2 <SEP> Rührwerk <SEP> ein;
<SEP> <I>Rührwerk <SEP> läuft <SEP> nicht;</I>
<tb> y
<tb> Takt <SEP> Xi <SEP> <I>Stopp,</I> <SEP> keine
<tb> <I>Alarm <SEP> ein;</I>
<tb> <I>Beispiel <SEP> 2 <SEP> für <SEP> gestörten <SEP> Ablauf <SEP> des <SEP> Prozesses</I>
<tb> Befehle <SEP> I <SEP> Rückmeldungen
<tb> Takt <SEP> 0 <SEP> keine <SEP> keine
<tb> y
<tb> Takt <SEP> 1 <SEP> keine <SEP> Vorlage <SEP> voll, <SEP> Kessel <SEP> leer,
<tb> Bodenventil <SEP> und <SEP> Einlassventil <SEP> geschlossen;
<tb> Takt <SEP> 2 <SEP> Rührwerk <SEP> ein; <SEP> Rührwerk <SEP> läuft;
<tb> Takt <SEP> 3 <SEP> Rührwerk <SEP> ein, <SEP> Einlassventil <SEP> auf, <SEP> Rührwerk <SEP> läuft,
<tb> Zeitkontrolle <SEP> ein, <SEP> Einlassventil <SEP> offen,
<tb> Sollwert <SEP> für <SEP> Kontrollzeit <SEP> ein;
<SEP> Zeitkontrolle <SEP> läuft,
<tb> Vorlage <SEP> leer, <SEP> Reaktionskessel
<tb> auf <SEP> Niveau <SEP> gefüllt,
<tb> Kontrollzeit <SEP> nicht <SEP> abgelaufen;
<tb> Takt <SEP> 4 <SEP> Rührwerk <SEP> ein, <SEP> Heizung <SEP> ein, <SEP> Rührwerk <SEP> läuft,
<tb> Sollwert <SEP> f. <SEP> Heizung <SEP> 80 <SEP> C <SEP> ein, <SEP> Heizung <SEP> eingeschaltet,
<tb> Zeitkontrolle <SEP> ein, <SEP> Sollwert <SEP> f. <SEP> Kon- <SEP> Zeitkontrolle <SEP> läuft;
<tb> trollzeit;
<tb> <I>Heizung <SEP> ausgefallen</I>
<tb> Takt <SEP> Hi <SEP> Reserve-Heizelement <SEP> ein, <SEP> Reserveheizelement <SEP> eingeschaltet,
<tb> Rührwerk <SEP> eingeschaltet,
<tb> Rührwerk <SEP> ein
<tb> Sollwert <SEP> f. <SEP> Heizung <SEP> 80 <SEP> C <SEP> ein, <SEP> Zeitkontrolle <SEP> läuft;
<tb> Zeitkontrolle <SEP> ein
<tb> Sollwert <SEP> f. <SEP> Kontrollzeit;
<SEP> Temperatur <SEP> im <SEP> Kessel <SEP> 80 <SEP> C,
<tb> Kontrollzeit <SEP> nicht <SEP> abgelaufen;
<tb> Takt <SEP> 5 <SEP> Rührwerk <SEP> ein, <SEP> Bodenventil <SEP> auf, <SEP> Rührwerk <SEP> läuft,
<tb> Zeitkontrolle <SEP> ein, <SEP> Bodenventil <SEP> offen,
<tb> Sollwert <SEP> f. <SEP> Kontrollzeit <SEP> ein; <SEP> Zeitkontrolle <SEP> läuft;
<tb> Kesselleer,
<tb> Kontrollzeit <SEP> nicht <SEP> abgelaufen;
<tb> Takt <SEP> 6 <SEP> Endsignal <SEP> ein. <SEP> Endsignal <SEP> eingeschaltet. Ein programmierbares Steuergerät der beschriebe nen Art kann mit Hilfe sogenannter logischer Bau steine , wie sie seit längerer Zeit im Handel erhältlich sind, aufgebaut werden.
Dabei ist es möglich, ein Steuer gerät sowohl mit elektronischen Elementen als auch mit pneumatischen Elementen aufzubauen. Die Konstruk tion, Wirkungsweise und grundlegenden Beispiele sol cher Elemente sind beschrieben in den Artikeln: J. Ira- ni et al.: Ein kontaktloses, logisches Steuerungssystem für Kraftwerke, die Maschinen- und die Schwerindu- strie , Der Elektroniker (Verlag: AG Aargauer Tag blatt, Aarau), 3.
Jahrgang (Jan. 1964), Nr. 1, 20-35; H. Sax: Digitale Bausteines> ibid. 3, (April 1964) Nr. 2,24-28; P. Arnoczky: Cobinor, ein kontaktloses Steue rungssystem für industrielle Steuerungen ibid. 3, (Mai 1964) Nr. 3, 16-24 und 3, (Juli 1964) Nr. 4, 32-38; E. P. Pils: Simatic, ein kontaktloses Steuerungs system ibid. 3, (Mai 1964) Nr. 3, 25-29; O.
Kolb: Brown Boveri-Elektronik - ein System analoger und digitaler Bausteine ibid. 3. (Juli 1964) Nr. 4,16-24; H. de Montmollin: Logische Einheiten der Firma Ebauches S.A. ibid. 3, (Juli 1964) Nr. 4, 25-31; Kazuto Togino et a1.: Universal Fluid Logic Ele ment , Control Engineering, vol. 12 (Mai 1965) Nr. 5, 78-87; N.
Jeschke: Einige Anwendungen pneumatischer Relaistechnik Regelungstechnik, 10. Jahrgang (1962), Heft 9, 410-412.
Prinzipielle Arbeitsweise, Möglichkeiten und Forde rungen für das Zusammenschalten der einzelnen Stu fen (z. B. Adressenverschlüsselung, Adressenspeicher und Adressenentschlüsselung) werden ferner in dem Buch von A. Speiser: Digitale Rechenanlagen , Sprin- ger-Verlag 1961, beschrieben.