過程技術設備的模塊和用于控制過程技術設備的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種過程技術設備及其控制裝置。本發(fā)明特別是涉及可以模塊式構成的過程技術設備。
【背景技術】
[0002]在加工業(yè)中，特別是在化學、制藥和食品加工業(yè)中，需求的產(chǎn)品數(shù)量越來越難預測，并且根據(jù)區(qū)域地以短期的時間間隔波動。此外，產(chǎn)品壽命周期由于替代品的全球性可支配性而總體上變得越來越短。
[0003]但傳統(tǒng)的生產(chǎn)設備常常不是根據(jù)這種波動的產(chǎn)品數(shù)量來設計的。連續(xù)運行的設備大多根據(jù)每個時間單位確定的產(chǎn)品數(shù)量進行優(yōu)化并也只能采用這種生產(chǎn)率運行。批處理方式的常用設備效率低并需要許多非生產(chǎn)時間，例如清理時間或換裝時間。
[0004]在對設備補充或換裝時，一般情況下也必須對相應的設備控制裝置進行重配置或改編程序。這一點是一種花費很高的過程，它在時間上可與硬件的換裝相比。這一點由于現(xiàn)有的控制軟件的可能不足夠的歸檔或老化的控制硬件而變得困難，該老化的控制硬件可能不能足夠地提供新硬件必需的功能。
[0005]加工業(yè)中新的開發(fā)研究模塊式的設備方案，其中設備由可單個預加工的模塊構成。這種類型的方案及其挑戰(zhàn)在借助于碩士工程師Sabine Muhl-
[0006]Enkamp/ffoIfgang Ernhoferl0.05.2012的一項民意調查“模塊式設備方案與自動化”在“Process”上有所介紹。其中模塊的過程技術一體化也被視為是沒有解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的因此在于，使過程技術設備在其生產(chǎn)率方面更加靈活地構成，加速設備規(guī)劃和建立并為此提供適用的手段和方法。
[0008]特別是上述目的通過一種用于過程技術設備的模塊得以實現(xiàn)，具有用于實施過程技術分過程的過程技術硬件；用于本地控制過程技術硬件的控制裝置，其中，控制裝置構建為用于獨立控制過程技術硬件，并且將過程技術硬件置于一個或多個確定地限定的狀態(tài)；以及具有控制裝置的外部接口，其中，外部接口可以接收一個或多個限定的指令，這些指令與過程技術硬件的確定地限定的狀態(tài)相應。
[0009]過程技術設備可以由多個這種模塊構成。如果希望更大的生產(chǎn)能力，那么模塊可以按照簡單的方式與設備連接并然后實施確定的分過程。為此這些模塊可以取限定數(shù)量的確定狀態(tài)。因為各個模塊的控制裝置本地和獨立地控制過程技術硬件，并且控制裝置可以使這些過程技術硬件進入一個或多個確定地限定的狀態(tài)中的一種狀態(tài)，所以總設備的控制開支最小化?？傇O備的上級控制裝置因此僅需向模塊控制裝置的外部接口發(fā)送限定的指令，以便使該模塊可以接近一個其限定的狀態(tài)和然后占據(jù)該狀態(tài)。上級控制裝置例如可以發(fā)出啟動分過程、更換模塊的運行方式、使分過程暫?；蛲Ｖ沟闹噶?。用于達到限定的狀態(tài)的模塊內(nèi)部控制裝置因此獨立承擔該模塊的控制，而無需外部的介入。模塊的控制因此可以由模塊制造商就已經(jīng)提供、編程和配置，從而設備制造商可以非常少的開支提供總設備的控制。
[0010]與此相應在生產(chǎn)技術設備的硬件方面的修改中，總設備的中央上級控制裝置僅需向相應的模塊發(fā)出“高級”指令，而大部分控制開支分散和獨立地在各個模塊中提供。
[0011]為接收限定的“高級”指令，模塊具有其控制裝置所述的外部接口。并未設有如下情況，即，外部接口可以接收直接控制各自模塊的執(zhí)行元件的指令。該控制由該模塊的控制裝置負責。
[0012]優(yōu)選外部接口只能接收與過程技術硬件確定地限定的狀態(tài)相應的指令。相應地通過模塊的外部接口只能接收所述的““高級”指令。其它指令不能接收并因此也不能由模塊的控制裝置進行處理。
[0013]優(yōu)選控制裝置在沒有外部指令的條件下獨立控制過程技術硬件在確定地限定的狀態(tài)之間的轉移。通過上級控制裝置進行的控制為此因此沒有必要。模塊因此無論是在硬件上還是在控制技術上都是獨立的。
[0014]優(yōu)選通過外部接口不能控制過程技術硬件的中間狀態(tài)。通過外部接口因此只能控制模塊的限定的狀態(tài)，這樣使上級控制裝置的控制開支最小化。
[0015]優(yōu)選外部接口此外為向位于上游或下游或者并聯(lián)的模塊輸出限定的指令而設置。因此模塊在水平通信的意義上可以互相控制。例如，在中間產(chǎn)品對于進一步加工就緒時，那么一個位于上游的模塊可以啟動一個位于下游的模塊。不言而喻，并聯(lián)的模塊同樣可以相互發(fā)布指令或共同發(fā)布指令。
[0016]優(yōu)選外部接口為從位于上游或下游的模塊接收限定的指令而設置。相應地為模塊彼此間的水平通信，外部接口也可以從位于上游或下游或者并聯(lián)的模塊接收限定的指令。
[0017]優(yōu)選外部接口此外為從上級設備控制裝置接收限定的指令而設置。
[0018]優(yōu)選外部接口此外為向上級設備控制裝置輸出信號而設置。外部接口也可以向設備控制裝置發(fā)出數(shù)據(jù)，例如信號，說明是否達到各自限定的狀態(tài)，模塊是否正常工作或是否存在模塊的干擾。
[0019]優(yōu)選過程技術設備具有多個上面限定的模塊。因此過程技術設備可以很容易地增加更多個模塊、縮小其它模塊或根據(jù)其它產(chǎn)品而改型，而無需用于上級控制裝置適配的高開支。
[0020]優(yōu)選過程技術設備此外具有上級設備控制裝置，用于輸出與模塊過程技術硬件的確定地限定的狀態(tài)相應的限定的指令。
[0021]上述目的還通過一種用于控制過程技術設備的方法得以實現(xiàn)，其中，設備由多個模塊構成，這些模塊分別具有用于實施過程技術分過程的過程技術硬件以及用于本地控制過程技術硬件的控制裝置和控制裝置的外部接口，其中，外部接口可以接收一個或多個限定的指令，這些指令與過程技術硬件的確定地限定的狀態(tài)相應，以及該方法具有以下步驟:
[0022]a.通過模塊的外部接口從用于該模塊的一個或多個限定的指令中接收一個指令；
[0023]b.通過相應的控制裝置根據(jù)所接收的指令獨立控制模塊的過程技術硬件，以便使模塊的過程技術硬件進入一個或多個確定地限定的狀態(tài)中的一個。
[0024]通過每個模塊具有它本身的控制裝置和通過其外部接口僅需接收限定的指令，該指令與模塊的過程技術硬件的一個或多個確定地限定的狀態(tài)中的一種狀態(tài)相應和然后過程技術硬件通過各自的控制裝置被獨立控制，以便使其進入該一個或多個確定地限定的狀態(tài)中的一種狀態(tài)，產(chǎn)生一種簡單的控制技術設備配置上面已經(jīng)介紹的優(yōu)點?？傇O備因此一方面可以非常簡單地模塊式構成，其中，全部控制裝置可以很容易提供。另一方面，模塊可以很容易補充，可以取消或通過其它模塊更換，而無需對總設備的上級控制軟件進行更大的重配置或甚至重新編程。
[0025]優(yōu)選該方法此外具有通過至少一個模塊從位于上游或下游或者并聯(lián)的模塊接收限定的指令的步驟。
[0026]優(yōu)選該方法此外具有通過至少一個模塊從上級控制裝置接收限定的指令的步驟。
[0027]優(yōu)選該方法此外具有通過至少一個模塊向位于上游或下游或者并聯(lián)的模塊輸出限定的指令的步驟。
[0028]優(yōu)選該方法具有通過至少一個模塊向上級控制裝置輸出信號的步驟。因此在設備的上級控制裝置與模塊組件進行垂直通信。
[0029]優(yōu)選該方法此外具有通過至少一個模塊向上級控制裝置輸出模塊特定的操作圖的步驟。通過在初次安裝時向上級控制裝置介紹該模塊的特性和控制可能性的操作圖，進一步減少上級控制裝置控制軟件的編程開支。在那里，模塊在數(shù)據(jù)技術上同樣可以作為預加工的數(shù)據(jù)模塊集成化。操作圖內(nèi)特別是可以含有模塊功能的說明、限定的狀態(tài)、限定的指令、用戶界面和模塊的圖形表示。
【附圖說明】
[0030]下面借助附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行說明。其中:
[0031]圖1示出具有多個模塊的過程技術設備的示意圖；以及
[0032]圖2示出用于控制過程技術設備的方法的流程圖；
【具體實施方式】
[0033]下面參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行詳細說明。
[0034]圖1示出一種過程技術設備90，其由多個單個模塊1、70、80和可能的其它未示出的模塊構成。過程技術設備此外具有上級控制裝置60，其通過適當?shù)目偩€62與各個模塊1、70、80進彳丁通{目。
[0035]過程技術設備90的模塊I例如代表過程技術設備90的所有模塊1、70、80。該模塊包括用于實施過程技術分過程的過程技術硬件10。在所示的例子中，過程技術硬件10例如包括反應器30，該反應器具有通過電動機42驅動的攪拌器40。反應器30此外具有電動加熱棒50，其通過電力電子裝置52控制。反應器30本身由一個優(yōu)選封閉的容器組成，進料管32和排料管34連接在該容器上，以便填充或排空該容器。進料管32—直延伸到舉例模塊I的外部界限并在那里的進料法蘭36內(nèi)結束。排料管34同樣一直延伸到模塊I的系統(tǒng)界限并在那里的排料法蘭38內(nèi)結束。通過進料法蘭36，模塊I可以連接在位于上游的模塊120上并通過排料法蘭38可以連接在位于下游的模塊130上。不言而喻，同樣可以是其它的過程技術連接可能性，例如像多個入口或多個出口或模塊1、70、80的并聯(lián)。
[0036]模塊I此外具有用于本地控制其過程技術硬件10的控制裝置20?？刂蒲b置20這樣設置，使其可以獨立控制過程技術硬件10，也就是這里的例如攪拌器40的電動機42和加熱棒50的電力電子裝置52。因此控制裝置20能夠使模塊I過程技術上進入限定的狀態(tài)。模塊I具有一個或多個精確限定的過程技術狀態(tài)并可以按照指令獨立在這些狀態(tài)之間變換。因此模塊例如可以沒有外部的影響獨立實施一個過程技術的分過程。
[0037]模塊I此外可以具有例如傳感器，如流量、壓力或溫度傳感器或可以電操作的閥門或元件(沒有示出)ο這種傳感器或執(zhí)行元件同樣連接在控制裝置20上并可以由控制裝置20詢問或控制。
[0038]控制裝置20為此具有I/O模塊24、26，利用它們控制裝置20可以控制執(zhí)行器，如攪拌器40的電動機42或加熱棒50的電力電子裝置52。存在用于可能的傳感器的其它I/O模塊或其它執(zhí)行元件，如果模塊I的過程技術功能需要它們的話。
[0039]模塊70和80以及其它模塊可以類似于模塊I構成，其中，它們同樣具有類似于控制裝置20的控制裝置，該控制裝置可以局部和獨立控制各自模塊的過程技術硬件以及模塊可以各自進入一個或多個確定地限定的狀態(tài)。相應地模塊1、70、80本身在控制技術上獨立，從而過程技術硬件和控制裝置共同形成過程技術設備90的可靈活使用的模塊，該模塊一定程度上可以通過“即插即用”在過程技術上和控制技術上組成一個總設備90。
[0040]總設備20包括上級