RZECZPOSPOLITA POLSKA

(12) OPIS PATENTOWY (19)PL (2 1 ) Numer zgłoszenia: (2 2 ) Data zgłoszenia:

302287 3 0 .0 7 .1 9 9 2

(86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego:

30.07.1992, PCT/EP92/01725

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej

(11) 169236 (13)B1

(8 7) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:

(51) IntCl6.

C10 K 41/00

G05B 15/00 H04L 12/28

18.02.1993, WO93/03429, PCT Gazette nr 05/93

(54)

Układ sterowania procesami technologicznymi w koksowni

(30)

Pierwszeństwo: 31.07.1991 ,DE,P 4125374.4

(43)

Zgłoszenie ogłoszono: 04.05.1994 BUP 09/94

(45)

PL 169236

B1

(5 7 )

O udzieleniu patentu ogłoszono: 28.06.1996 WUP 06/96

1 .Układ sterow ania procesam i technologicznymi w koksowni z istniejącą przeróbką gazu i węglowych surowców w tórnych oraz pozostałymi częściami in stalacji technologicznej, przy czym różne części instalacji, które oddziaływują n a siebie, posiadają wspólny układ autom atyki z urządzeniam i autom atyki wykonującymi pojedyncze funkcje i są połączone ze sobą przez co najmniej je d n ą m agistralę i elem enty sprzęgające, znam ienny tym , ze urządzenia autom atyki (19) są pogrupow ane, odpowiednio do stru k tu ry technologicznej instalacji, w autonom iczne grupy autom atyki (4, 5, 6 , 7, 8 , 9 , 10, 11, 12) dla poszczególnych części instalacji, wewnątrz których każde urządzenie autom atyki (19) wykonuje samodzielnie przyporządkow aną jem u funkcję, oraz są połączone, w ew nątrz każdej autom atyki grupy autom atyki (4, 5, 6 , 7, 8 , 9, 10, 11, 12), za pomocą lokalnej jednostki (3) transm isji danych, przy czym każda lokalna je d n o stk a (3) transm isji danych je st dołączona poprzez elem ent sprzęgający (16) do magistrali ( 1 , 2 ) danych złożonej z m agistrali podrzędnej (2 ) dla instalacji (18) przeróbki gazu i węglowych surowców wtórnych oraz m agistrali głównej ( 1 ) dla pozostałych części instalacji, połączonej, poprzez dodatkowy elem ent sprzęgający (17), z m agistralą podrzędną (2).

(73)

Uprawniony z patentu: Siemens Aktiengesellschaft, Monachium, DE Ruhrkohle Aktiengesellschaft, Essen, DE

(72)

Twórcy wynalazku: Klaus-Dieter Schreiter, Erlangen, DE Wilhelm Stewen, Oberhausen, DE

(74)

Pełnomocnik: Muszyński Andrzej, PHZ POLSERVICE

Układ sterowania procesami technologicznymi w koksowni Zastrzeżenia

patentowe

1. Układ sterowania procesami technologicznymi w koksowni z istniejącą przeróbką gazu i węglowych surowców wtórnych oraz pozostałymi częściami instalacji technologicznej, przy czym różne części instalacji, które oddziaływują na siebie, posiadają wspólny układ automatyki z urządzeniami automatyki wykonującymi pojedyncze funkcje i są połączone ze sobą przez co najmniej jedną magistralę i elementy sprzęgające, znamienny tym, że urządzenia automatyki (19) są pogrupowane, odpowiednio do struktury technologicznej instalacji, w autonomiczne grupy automatyki (4, 5, 6, 7, 8, 9 , 1 0 , 1 1 , 12) dla poszczególnych części instalacji, wewnątrz których każde urządzenie automatyki (19) wykonuje samodzielnie przyporządkowaną jemu funkcję, oraz są połączone, wewnątrz każdej automatyki grupy automatyki (4, 5, 6, 7, 8, 9,10, 1 1 , 12), za pomocą lokalnej jednostki (3) transmisji danych, przy czym każda lokalna jednostka (3) transmisji danych jest dołączona poprzez element sprzęgający (16) do magistrali (1, 2) danych złożonej z magistrali podrzędnej (2) dla instalacji (18) przeróbki gazu i węglowych surowców wtórnych oraz magistrali głównej (1) dla pozostałych części instalacji, połączonej, poprzez dodatkowy element sprzęgający (17), z magistralą podrzędną (2). 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że lokalna jednostka (3) transmisji danych stanowi krotnik interfejsowy. 3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że elementy sprzęgające (16, 17) stanowią wzmacniacze sieciowe o paśmie podstawowym 10 Mbit/s. 4. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że elementy sprzęgające (16, 17) stanowią samouczące się, samoczynne analizujące adresy wysyłania i przenoszące tylko te dane, które nie są adresowane do urządzeń automatyki (19) po stronie nadawczej części instalacji. 5. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera co najmniej jedno urządzenie programujące (13), jedno urządzenie (15) okresowej konserwacji i nadzoru oraz urządzenie (14) utrzymania ruchu, które są połączone, poprzez elementy sprzęgające (16), z magistralą główną (1). 6. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że każde urządzenie automatyki (19) jest urządzeniem tego samego typu. * * * Przedmiotem wynalazku jest układ sterowania procesami technologicznymi w koksowni zawierającej instalację przeróbki gazu i węglowych surowców wtórnych oraz pozostałe części instalacji do sortowania koksu, produkcji ruchomej, produkcji stacjonarnej, obszaru załadowywania węgla i chłodzenia koksu. Znane instalacje przemysłowe dużych rozmiarów, pracujące automatycznie i posiadające wiele części składowych, spełniają wiele różnych funkcji sterowanych i regulowanych wspólnie, które zwykle są nadzorowane, sterowane i regulowane przez układy automatyki, na przykład system Simatic S5 firmy Siemens AG. Poszczególne urządzenia automatyki wymieniają dane bezpośrednio ze sobą albo komunikują się przez magistralę i jednostkę zarządzającą, o ile urządzenie nią dysponuje. Do magistrali przyłączone są pojedyncze urządzenia automatyki przez równoległe lub częściej szeregowe interfejsy. Odpowiedni układ i stosowane z nim urządzenie automatyki jest przedstawione na przykład w prospekcie Simatic S5 "Indywidualne rozwiązania dla każdego zadania automatyzacji" firmy Siemens AG, nr zamówienia A19100-E81-B552. Na stronie "Otwarta komunikacja na każdej płaszczyźnie automatyzacji" pokazane są przykłady otwartych lokalnych magistrali. Tego rodzaju układy automatyki mają uniwersalne zastosowanie i uwzględniają wymagania na częściowo lub w pełni zautomatyzowane działanie urządzeń. Zarządzanie danymi w tego rodzaju układach automatyki jest jednak względnie kosztowne i przy

169 236

3

rozbudowaniu lub zmianach urządzenia części oprogramowania muszą być wytwarzane na nowo. Przy tych zmianach lub rozszerzeniach pojawiają się także problemy interfejsów. Z tego względu duże ilości danych muszą być przesyłane przez magistralę i/lub jednostkę zarządzającą. Zmiany oprogramowania są kosztowne i z tego względu często unikane, także wtedy, gdy są nieodzowne. "System technologiczny dla urządzeń koksowniczych" wyposażony w niezależnie oprogramowane, automatyczne urządzenia regulacyjne, jest znany z publikacji "Haus der Technik", Sprawozdanie 485, H. Schmidt-Balve i U. Pruser, str. 4 do 9. W tym przypadku, zwłaszcza na rys. 3, czujniki, sterowanie programowane z pamięci i komputer zarządzający procesem tworzą płaszczyznę procesu, płaszczyznę przetwarzania danych i płaszczyznę zarządzania. Także w tym przypadku ma miejsce znaczny koszt związany z zarządzaniem danymi, jak również występują problemy z interfejsami. Ilość danych przetwarzana przez komputer zarządzający jest duża, jego awaria lub utrata danych mają poważne konserwacje. Wykonanie układu sterowania procesami technologicznymi podobnego rodzaju z trzema płaszczyznami i przy zastosowaniu bardzo podobnych urządzeń automatyki pokazuje struktura automatyki koksowni Prosper, która opisana jest w artykule pod tytułem "Homogeniczna struktura automatyki rozwiązuje problemy obszarów styków" opublikowanym w czasopiśmie Siemens Energy Automation, 8 rok, zeszyt 4, maj/czerwiec 1986 na stronach 219 do 223. W tym przypadku urządzenia automatyki płaszczyzny zarządzania są połączone w sposób gwiaździsty z urządzeniem automatyki płaszczyzny przetwarzania. Pokazana struktura hierarchiczna jest wprawdzie już rozczłonkowana i typy urządzeń są w znacznym stopniu ujednolicone, urządzenie jest jednak wykonane ciągle jeszcze według zasady stosowanej w znanych ze stanu techniki układach automatyki. Istotą układu sterowania procesami technologicznymi według wynalazku w koksowni z instalacją przeróbki gazu i węglowych surowców wtórnych oraz pozostałymi częściami instalacji technologicznej, przy czym różne części instalacji, które oddziaływują na siebie, posiadają wspólny układ automatyki z urządzeniami automatyki wykonującymi pojedyncze funkcje i są połączone ze sobą przez co najmniej jedną magistralę i elementy sprzęgające, jest to, że urządzenia automatyki są pogrupowane, odpowiednio do struktury technologicznej instalacji, w autonomiczne grupy automatyki dla poszczególnych części instalacji, wewnątrz których każde urządzenie automatyki wykonuje samodzielnie przyporządkowaną jemu funkcję, oraz są połączone, wewnątrz każdej autonomicznej grupy automatyki, za pomocą lokalnej jednostki transmisji danych, przy czym każda lokalna jednostka transmisji danych jest dołączona poprzez element sprzęgający do magistrali danych złożonej z magistrali podrzędnej dla instalacji przeróbki gazu i węglowych surowców wtórnych oraz magistrali głównej dla pozostałych części instalacji, połączonej poprzez dodatkowy element sprzęgający z magistralą podrzędną. Korzystne jest, jeżeli zgodnie z wynalazkiem lokalna jednostka transmisji danych stanowi krotnik interfejsowy, elementy sprzęgające stanowią wzmacniacze sieciowe o paśmie podstawowym 10 Mbit/s, zaś elementy sprzęgające stanowią elementy samouczące się, samoczynnie analizujące adresy wysyłania i przenoszące tylko te dane, które nie są adresowane do urządzeń automatyki po stronie nadawczej części instalacji. Korzystne jest następnie, jeżeli układ według wynalazku zawiera co najmniej jedno urządzenie programujące, jedno urządzenie okresowej konserwacji i nadzoru oraz urządzenie utrzymania ruchu, które są połączone poprzez elementy sprzęgające z magistralą główną, przy czym każde urządzenie automatyki jest urządzeniem tego samego typu. Układ sterowania procesami technologicznymi według wynalazku jest wykonany w nowy bardziej korzystny sposób. Istniejące magistrale danych i interfejsy są znacznie odciążone w porównaniu ze znanymi rozwiązaniami ze stanu techniki. W następnej kolejności jest możliwe autonomiczne zarządzanie poszczególną częścią składową instalacji, także w przypadku zakłóceń w jednostce zarządzającej i jej urządzeniach peryferyjnych, w magistrali lub w dowolnej grupie automatyki, bez konieczności odwoływania się do kosztownej rozbudowy układu automatyki. W rozwiązaniu według wynalazku, poprzez rezygnację ze znanej struktury płaskiej i stworzenie obszarów funkcji wymieniających dane bezpośrednio z prostymi i przejrzystymi

4

169 236

strukturami dostosowanymi do częściowych zadań w instalacji, struktura układu automatyki staje się korzystnie szczególnie prosta. Jednocześnie wiele funkcji wykonywanych do tej pory przez jednostki zarządzające jest przesuniętych do płaszczyzny przetwarzania. Jako szczególną korzyść uzyskuje się przy tym możliwie proste i jednoczesne uruchamianie różnych części składowych instalacji, następnie powstaje wyraźne interfejsowe odgraniczenie od układów sąsiednich i nadrzędnych i możliwość stosowania programów małych i dających się przyglądać, zoptymalizowanych selektywnie pod względem obszaru. Możliwe są następnie rozszerzenia, uzupełnienia i zmiany części selekcji bez wpływu na bieżącą pracę całej instalacji. Ponieważ zgodnie z wynalazkiem urządzenia automatyki dla ujednolicenia i uproszczenia oprogramowania i obszarów styku są wykonane jako urządzenia tego samego typu oraz są wybrane odpowiednio do wymagań dla najbardziej obciążonego urządzenia pojedynczego, otrzymuje się nadmiarowe wyposażenie pod względem sprzętu, ale przy dokładnej analizie okazało się w sposób nieoczekiwany, że efekt racjonalizacji uzyskany przez rzeczywiście powszechną jednolitość urządzeń automatyki zmniejsza całkowicie koszty instalacji. Zalety, które daje instalacja z urządzeniami automatyki identycznego typu, przejawiają się zwłaszcza w mniejszych kosztach projektowania i uruchomienia, w mniejszych kosztach osobistego wykonania, w mniejszym zaangażowaniu kapitału przy wprowadzaniu części zamiennych, w uniknięciu problemów obszarów styku i prostszym nadzorze. Z tego względu sprzęt posiada jeszcze znaczne rezerwy obciążenia, tak że również w przypadku rozszerzenia funkcji w poszczególnych częściach składowych nie są niezbędne rozszerzenia sprzętowe. Poprzez fakt, że lokalne jednostki transmisji danych są wykonane szczególnie korzystnie jako pracujące nieselektywnie krotniki interfejsowe, które pracując jako lokalne magistrale łączą urządzenia automatyki z magistralami danych, otrzymuje się szczególnie korzystne połączenie poszczególnych urządzeń automatyki w grupy urządzeń automatyki, przy możliwości bezpośredniej prostej komunikacji pomiędzy pojedynczymi urządzeniami grupy automatyki w przypadku zwykłych sprzężeń z magistrali. Każdorazowe przyporządkowanie danych do urządzeń automatyki i magistrali następuje więc w prosty sposób przez niezależne wysyłanie i rozpoznanie adresu. Z kolei wprowadzenie elementów sprzęgających pomiędzy grupami automatyki i magistrali lub także pomiędzy samymi magistralami powoduje korzystne zmniejszenie transmisji danych, zwłaszcza w magistrali głównej. Następnie, gdy elementy sprzęgające stanowią wzmacniacze sieciowe o paśmie podstawowym 10 Mbit/s, można zastosować gotowy elektroniczny podzespół, opracowany pierwotnie w celu rozszerzenia magistrali (SINEC Bridge 402 firmy Siemens AG), który podobnie jak znane magistrale jest już wypróbowany w znanych urządzeniach. Dla przypadku, gdy elementy sprzęgające są elementami samouczącymi się oraz, gdy analizują samoczynnie adresy wysyłania i przesyłają tylko dane, które nie są adresowane do urządzeń automatyki po stronie nadawczej części instalacji, ilość danych w magistralach i w komputerze zarządzającym jest zmniejszona i z drugiej strony jest zapewnione, że wszystkie odnośne dane mogą przejść przez te elementy sprzęgające. Odnosi się to także dla danych jednostki zarządzającej, jak również dla danych przesyłanych z i do urządzenia programującego lub podobnego, jak również na przykład dla danych przesyłanych z i do pewnej jednostki celem okresowej konserwacji i nadzoru. W podsumowaniu zalet wynalazku należy stwierdzić, że uzyskano znaczne korzyści związane z obniżką kosztów sterowania procesami technologicznymi w koksowni. Ponadto udało się zgromadzić we wspólnym pomieszczeniu stanowiska dyspozytorskiego kilka urządzeń wizualizujących i obsługujących dla pojedynczych grup automatyki. Wynalazek w przykładzie wykonania jest przedstawiony na rysunku, który przedstawia schemat blokowy układu sterowania procesami technologicznymi w koksowni. Na rysunku odnośnik 1 oznacza magistralę główną i 2 magistralę podrzędną, na przykład dla urządzeń przeróbki gazu i węglowych surowców wtórnych. Urządzenia automatyki 19 instalacji są pogrupowane w autonomiczne grupy automatyki 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12. W grupach automatyki 4, 5, 6 i 7 urządzenia automatyki 19 pokazano jako przykład. Urządzenia automatyki 19 są połączone przez lokalne jednostki 3 tran smisji danych, korzystnie krotniki

169 236

5

interfejsowe, i dalej przez elementy sprzęgające 16 z magistralą główną 1 i względnie magistralą podrzędną 2. Odnośniki 8, 9, 10 i 11 oznaczają przykłady podrzędnych części składowych instalacji, które są zgrupowane przez magistralę podrzędną 2 w grupę automatyki. Struktura ta jest odpowiednia dla części składowych instalacji o szczególnie dużych oddziaływaniach wzajemnych. Pomiędzy magistralą główną 1 a magistralą podrzędną 2 umieszczony jest dodatkowy element sprzęgający 17, który pracując z selekcją danych nie służy do przedłużenia magistrali, ale łączy ze sobą dwie równoległe magistrale. Także elementy sprzęgające 16 mogą pracować jak dodatkowy element sprzęgający 17, jeśli to wymagane ze względu na ilości danych lub z innych powodów. Urządzenie sterowania posiada w charakterze uzupełnienia jeszcze przynajmniej urządzenie programujące 13, urządzenie 14 utrzymywania ruchu i urządzenie 15 okresowej konserwacji i nadzoru. Do tego urządzenia 15 doprowadzane są także dane z zewnątrz układu automatyki, symbolizowane przez strzałkę 20. Sygnały zakłócające dochodzą z reguły do urządzenia 14 utrzymania ruchu lub ewentualnie innego urządzenia. Z powodu niezależnego sterowania sygnały zakłócające mogą nadchodzić z opóźnieniem czasowym. Celem bezbłędnego śledzenia zdarzeń otrzymują one oznakowanie czasowe i mogą być później korzystnie posortowane. W ten sposób, w porównaniu ze znaną strukturą gwiaździstą, nie występują pomyłki związane z powiadamianiem o powodach błędu. Liczba urządzeń automatyki 19 każdej autonomicznej grupy automatyki 4, 7 i 12 jak również 18 jest, jak już pokazano schematycznie, różna i dostosowana do danego zadania konkretnej grupy automatyki. W ten sposób, na przykład, grupa automatyki 4 przeznaczona do obsługi wsadu węgla posiada siedem urządzeń automatyki, grupa automatyki 5 dla stacjonarnego agregatu koksowniczego - dziesięć urządzeń automatyki, grupa automatyki 6 dla ruchomych agregatów koksowniczych i centralnego odpylania - szesnaście urządzeń automatyki dla dwóch zestawów maszyn o obsłudze otwartej i w końcu grupa automatyki 7 dla przesiewania koksu osiem urządzeń automatyki, oznaczonych odnośnikiem 19. W przykładzie, jako urządzenie automatyki 19 stosowane jest korzystnie największe urządzenie automatyki serii Simatic firmy Siemens, urządzenie S5-155 U. W niespodziewany sposób uzyskuje się, mimo dużej liczby tych urządzeń obsadzonych w obszarze największych obciążeń sterowania, w przypadku koksowni na przykład ponad 70 urządzeń, łącznie z podwyższoną elastycznością, bardziej korzystne pod względem kosztów wykonanie instalacji w porównaniu z sytuacją, gdy stosowane są urządzenia automatyki dostosowane indywidualnie do danych wymagań funkcjonalnych, na przykład typu 1345 U lub 115 U lub jeszcze mniejsze. Układ sterowania procesami technologicznymi według wynalazku może być stosowany nie tylko w koksowni, ale także dla zastosowań z sygnałami dotyczącymi bezpieczeństwa, na przykład przy urządzeniach wyciągowych lub transporterach albo w chemii. Wtedy można zaoferować rozdzieloną, rozczłonkowaną konstrukcję układu sterowania z grupami urządzeń automatyki dla sygnałów nie dotyczących bezpieczeństwa i, w przypadku wykonania w postaci mniejszej i szybszej, tylko dla sygnałów dotyczących bezpieczeństwa. Tego rodzaju układ wykorzystuje podstawową ideę wynalazku, to jest inną strukturę magistrali lub większą liczbę elementów sprzęgających.

169 236

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz Cena 2,00 zł