WO2007132004A1 - Technische, insbesondere verfahrenstechnische anlage - Google Patents

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    • G05B2219/25005—Fluid bus for communication in process system with several fluidic control modules

Definitions

  • the invention relates to a technical, in particular procedural ⁇ engi- neering and particularly micro process plant according to the preamble of claim. 1
  • Such a system is equally known from DE 199 54 855 C1 or DE 103 35 122 Al.
  • the known system consists of different hardware modules in the form of process modules in which module-specific procedural functions (process functions) are executed self-sufficient.
  • the process functions relate to the treatment of fluids, such as their analysis or synthesis by chemical reaction.
  • the process modules may be pump, mixer, dwell, filter modules, etc.
  • Each process module contains a fluid unit, for example a micromixer, a diverter, a pump or a valve circuit, and a control unit for evaluating process signals detected in the fluid unit, such as temperature, pressure, flow, and for generating control commands for actuators of the fluid unit, such as valves or pumps.
  • the process modules are mounted on a mounting rail in a selection and sequence resulting from the type of process process to be carried out in each case, wherein the fluid units are fluidically connected to one another.
  • the control units of the process modules are via a common communication connection, here one
  • the automation solution which is used to operate the plant, to control the individual process modules in different operating modes, to operate and observe the process modules and to control the plant's reaction to failure. must be modified or recreated each time the system configuration is changed and even more so whenever such a system is reconfigured.
  • the more process modules are integrated in the automation solution the greater the number of possible system configurations.
  • the realization, the test and the care of the individual automation solutions were then only with very high effort and usually only by appropriately trained staff possible.
  • the users of a process plant are mainly chemists and laboratory technicians, who generally do not have the necessary knowledge to adapt the respective automation solution. Nevertheless, these non-specialist users should be the use and configuration of such a system, as described above, made possible, without having to involve an additional specialist or have to complete special training.
  • the invention has for its object to reduce the user-side effort to create or change automation solutions in a modular technical, especially process engineering system.
  • Erfmdungsge153 is provided that, for. B. in a database, for each of the different types of process modules in each case a rule file is stored, the rules for the process engineering interconnection of the relevant process module type and a description of the process module type includes a means for automatically checking configured and / or configured interconnections of process modules to injury The rules are present and is further designed to automatically create an automation solution for the interconnected process modules, if the rules from these and the additional descriptions are not violated.
  • the rules that are given to each type of process module define, for example, For example, which outputs may be interconnected with which inputs under which conditions. So z. B. a coolant flow of a Tempe ⁇ ermoduls not with the product outlet of a reactor module or a low-pressure input ⁇ are not connected to a high-pressure output.
  • dungsgelitzen system is provided that, for.
  • further rule files with rules for the configuration of different types of equipment and additional descriptions of the respective types of equipment are stored and that the device is further adapted to these rules for violation by the projected and / or to consider configured interconnections of the process ⁇ modules and to use the description of the plant type in the creation of the automation solution.
  • the plant-specific rules are used to allow only meaningful process plant plant configurations for certain plant types. For example, a reactor module needs to
  • the device that checks for violation of the rules may be an autoengineering tool that can access the rules files and with which the user, e.g. B. Laborant, the system configuration graphically supported
  • the created automation solution preferably includes the hardware and software configuration of the process modules, such. As the setting or setting of parameter values such as pump pressure and pump speed, cooling capacity, etc., as well as control functions of the individual process modules.
  • the created automation solution preferably also includes the operator control and monitoring screens for the process modules.
  • Process modules are distributed or integrated into an existing autoenging tool.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of the erfmdungsgebounden modular micro process engineering plant in the form of a block diagram
  • FIG. 2 shows an example of the inventive concept for creating automation solutions.
  • FIG. 1 shows a modular micro process engineering plant for the automated treatment of fluids, for example different liquids or gases.
  • treatment is meant, for example, the analysis of the fluids and / or the synthesis by chemical reactions of the fluids including the necessary ancillary functions such as conditioning, mixing, filtration, demand or pressure build-up by pumping, heating, evaporation, etc.
  • the system consists of different process modules 1, 2, 3, 4, 5, 6, in which predetermined procedural functions such as Fluidvertei- ment, pumps, flow measurement or mixing are performed autonomously and are lined up mounted on a mounting rail 7. Accordingly, the process modules 1 to 6 may be various types of fluid distribution, pumping, flow measuring, or reaction modules.
  • Each process module 1 to 6 has in each case a control unit 8 and a fluid unit 9, with the respective procedural function being carried out within the fluid unit 9 depending on control signals 10 of the control unit 8.
  • Process signals 11 recorded in the fluid unit 9, for example pressure values, temperature values or analysis values, are transmitted to the control unit 8.
  • the control units 8 in the different process modules 1 to 6 are connected to one another via a communication connection 12 in the form of a data bus and to a higher-level automation device 13.
  • the fluid units 9 are connected to one another via a plurality of fluid channels 14 and fluid connectors 15, the respective outer fluid connectors 15 of the two end modules 1 and 6 serving to discharge fluids into or to discharge the fluids from the system.
  • the automation device 13 contains an operating and monitoring function 16 with an autoengm- eermg tool and a database 17, in each of which a rule file is stored for each process module type and different types of equipment.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of how the module and system components contained in the database 17 are shown. (including module-specific and system-specific additional information) are made available to the autoengineering tool that automatically checks the configured and / or configured interconnections of the process modules 1 to 6 for violation of the rules from these and the additional descriptions an automation solution for the interconnected Process modules 1 to 6 consisting of hardware configuration and software configuration (control program) as well as operating and monitoring screens for the process modules 1 to 6 created.

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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

Beschreibung
Technische, insbesondere verfahrenstechnische Anlage
Die Erfindung betrifft eine technische, insbesondere verfah¬ renstechnische und besonders mikroverfahrenstechnische Anlage nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Eine derartige Anlage ist gleichermaßen aus der DE 199 54 855 Cl oder der DE 103 35 122 Al 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 Be- handlung 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 enthalt eine Fluidemheit, zum Beispiel einen Mikromischer, eine Verwei- lerstrecke, eine Pumpe oder eine Ventilschaltung, sowie eine Steuereinheit zur Auswertung von in der Fluidemheit erfass- ten Prozesssignalen, wie zum Beispiel Temperatur, Druck, Durchfluss, und zur Erzeugung von Stellbefehlen für Stellglieder der Fluidemheit, wie zum Beispiel Ventile oder Pum- pen . Die Prozessmodule sind an einer Montageschiene in einer sich aus der Art des jeweils durchzuführenden verfahrenstechnischen Prozesses ergebenden Auswahl und Reihenfolge montiert, wobei die Fluidemheiten 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 Automatisierungslosung, 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 Storun- gen benotigt wird, muss bei jeder Änderung der Anlagenkonf1- guration und erst recht bei jeder Neukonfiguration einer solchen Anlage abgeändert bzw. neu erstellt werden. Je mehr Prozessmodule in die Automatisierungslosung eingebunden sind, umso großer ist auch die Anzahl möglicher Anlagenkonfigura- tionen. Die Realisierung, der Test und die Pflege der einzelnen Automatisierungslosungen waren dann nur noch mit sehr hohem Aufwand und in der Regel nur durch entsprechend ausgebildetes Personal möglich. Bei den Benutzern einer verfahrens- technische Anlage handelt es sich hauptsächlich um Chemiker und Laboranten, die in der Regel nicht das notwendige Wissen zur Anpassung der jeweiligen Automatisierungslosung 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 Automatisierungslosungen zu verringern.
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe durch die in Anspruch 1 angegebene technische Anlage gelost, von der vorteilhafte Weiterbildungen in den Unteranspruchen angegeben sind.
Erfmdungsgemaß 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 Automatisierungslosung für die verschalteten Prozessmodule zu erstellen. Die Regeln, die jedem Typ eines Prozessmoduls mitgegeben sind, definieren z. B. welche Ausgange mit welchen Eingängen unter welchen Bedingungen verschaltet werden dürfen. So darf z. B. ein Kühlmittelemgang eines Tempeπermoduls nicht mit dem Produktauslass eines Reaktormoduls oder ein Niederdruck¬ eingang nicht mit einem Hochdruckausgang verschaltet werden.
Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung der erfin- dungsgemaßen Anlage ist vorgesehen, dass, z. B. in der Daten- bank 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 pro- jektierte und/oder konfigurierte Verschaltungen der Prozess¬ module zu prüfen und die Beschreibung des Anlagentyps bei der Erstellung der Automatisierungslosung heranzuziehen. Die an- lagenspezifischen 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 Tempeπer- (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 Fallen wird über die modulspezifischen Regeln schπtt- weise 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 Automatisierungslosung für die verschalteten Prozessmodule erstellt . Die Zusatzinformationen beinhalten z. B. Parameterbereiche wie zulassige Temperaturbereiche, minimal und maximal erzeugbarer Pumpendruck usw.
Die erstellte Automatisierungslosung 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 Automatisierungslosung umfasst vorzugsweise auch die Bedien- und Beobachtungsbilder für die Prozessmodule .
Bei Änderungen der Anlagenkonfiguration kann daher die zuge- hörige Automatisierungslosung in kurzer Zeit nachgezogen werden. So ist es auch im Laborbetrieb möglich, verschiedene Konfigurationen zu testen, ohne jedesmal aufwendige und lang wieπge Software-Anpassungen vornehmen zu müssen. Bei einer Einfuhrung neuer Prozessmodultypen können die Regeldateien relativ einfach ergänzt und mit der Auslieferung der neuen
Prozessmodule verteilt oder in ein bestehendes Autoengmeer- ing-Werkzeug eingebunden werden.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im Folgenden auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen; im Einzelnen zeigen
Figur 1 ein Ausfuhrungsbeispiel der erfmdungsgemaßen modu- laren mikroverfahrenstechnischen Anlage in Form eines Blockschaltbildes und
Figur 2 ein Beispiel für das erfmdungsgemaße Konzept zur Erstellung von Automatisierungslosungen . Figur 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, Forderung 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 Fluidvertei- lung, 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 m Abhängigkeit von Steuersignalen 10 der Steuerungseinheit 8 ausge- führt 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 Fluidemheiten 9 sind über mehrere Fluidkanale 14 und Fluidkonnektoren 15 miteinander verbunden, wobei die jeweils außen liegenden Fluidkonnektoren 15 der beiden Endmodule 1 und 6 zur Em- leitung von Fluiden in bzw. zur Ausschleusung der Fluide aus der Anlage dienen. Die Automatisierungseinrichtung 13 enthalt eine Bedien- und Beobachtungsfunktion 16 mit einem Autoengm- eermg-Werkzeug und eine Datenbank 17, in der für jeden Prozessmodultyp und unterschiedliche Anlagentypen jeweils eine Regeldatei hinterlegt ist.
Das Diagramm in Figur 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

Patentansprüche
1. Technische, insbesondere verfahrenstechnische Anlage bestehend aus Prozessmodulen (1 bis 6) , die vorgegebene pro- zesstechmsche Funktionen autark ausfuhren, 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 Ver- schaltung des betreffenden Prozessmodultyps und eine Beschreibung des Prozessmodultyps beinhaltet, dass eine Ein¬ richtung (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 Automatisierungslosung für die verschalteten Prozessmodule (1 bis 6) zu erstellen.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wei¬ tere 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 Automati- sierungslosung heranzuziehen.
3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Automatisierungslosung die Hardware- und Software- Konfigurierung der Prozessmodule (1 bis 6) umfasst.
4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Automatisierungslosung ferner Bedien- und Beobachtungsbilder der Prozessmodule (1 bis 6) umfasst.
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