過(guò)程技術(shù)設(shè)備的模塊和用于控制過(guò)程技術(shù)設(shè)備的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種過(guò)程技術(shù)設(shè)備及其控制裝置。本發(fā)明特別是涉及可以模塊式構(gòu)成的過(guò)程技術(shù)設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]在加工業(yè)中，特別是在化學(xué)、制藥和食品加工業(yè)中，需求的產(chǎn)品數(shù)量越來(lái)越難預(yù)測(cè)，并且根據(jù)區(qū)域地以短期的時(shí)間間隔波動(dòng)。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(lái)越短。
[0003]但傳統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)備常常不是根據(jù)這種波動(dòng)的產(chǎn)品數(shù)量來(lái)設(shè)計(jì)的。連續(xù)運(yùn)行的設(shè)備大多根據(jù)每個(gè)時(shí)間單位確定的產(chǎn)品數(shù)量進(jìn)行優(yōu)化并也只能采用這種生產(chǎn)率運(yùn)行。批處理方式的常用設(shè)備效率低并需要許多非生產(chǎn)時(shí)間，例如清理時(shí)間或換裝時(shí)間。
[0004]在對(duì)設(shè)備補(bǔ)充或換裝時(shí)，一般情況下也必須對(duì)相應(yīng)的設(shè)備控制裝置進(jìn)行重配置或改編程序。這一點(diǎn)是一種花費(fèi)很高的過(guò)程，它在時(shí)間上可與硬件的換裝相比。這一點(diǎn)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(kāi)發(fā)研究模塊式的設(shè)備方案，其中設(shè)備由可單個(gè)預(yù)加工的模塊構(gòu)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(xiàng)民意調(diào)查“模塊式設(shè)備方案與自動(dòng)化”在“Process”上有所介紹。其中模塊的過(guò)程技術(shù)一體化也被視為是沒(méi)有解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的因此在于，使過(guò)程技術(shù)設(shè)備在其生產(chǎn)率方面更加靈活地構(gòu)成，加速設(shè)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(guò)一種用于過(guò)程技術(shù)設(shè)備的模塊得以實(shí)現(xiàn)，具有用于實(shí)施過(guò)程技術(shù)分過(guò)程的過(guò)程技術(shù)硬件；用于本地控制過(guò)程技術(shù)硬件的控制裝置，其中，控制裝置構(gòu)建為用于獨(dú)立控制過(guò)程技術(shù)硬件，并且將過(guò)程技術(shù)硬件置于一個(gè)或多個(gè)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(gè)或多個(gè)限定的指令，這些指令與過(guò)程技術(shù)硬件的確定地限定的狀態(tài)相應(yīng)。
[0009]過(guò)程技術(shù)設(shè)備可以由多個(gè)這種模塊構(gòu)成。如果希望更大的生產(chǎn)能力，那么模塊可以按照簡(jiǎn)單的方式與設(shè)備連接并然后實(shí)施確定的分過(guò)程。為此這些模塊可以取限定數(shù)量的確定狀態(tài)。因?yàn)楦鱾€(gè)模塊的控制裝置本地和獨(dú)立地控制過(guò)程技術(shù)硬件，并且控制裝置可以使這些過(guò)程技術(shù)硬件進(jìn)入一個(gè)或多個(gè)確定地限定的狀態(tài)中的一種狀態(tài)，所以總設(shè)備的控制開(kāi)支最小化?？傇O(shè)備的上級(jí)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(gè)其限定的狀態(tài)和然后占據(jù)該狀態(tài)。上級(jí)控制裝置例如可以發(fā)出啟動(dòng)分過(guò)程、更換模塊的運(yùn)行方式、使分過(guò)程暫?；蛲Ｖ沟闹噶?。用于達(dá)到限定的狀態(tài)的模塊內(nèi)部控制裝置因此獨(dú)立承擔(dān)該模塊的控制，而無(wú)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(shè)備制造商可以非常少的開(kāi)支提供總設(shè)備的控制。
[0010]與此相應(yīng)在生產(chǎn)技術(shù)設(shè)備的硬件方面的修改中，總設(shè)備的中央上級(jí)控制裝置僅需向相應(yīng)的模塊發(fā)出“高級(jí)”指令，而大部分控制開(kāi)支分散和獨(dú)立地在各個(gè)模塊中提供。
[0011]為接收限定的“高級(jí)”指令，模塊具有其控制裝置所述的外部接口。并未設(shè)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(fù)責(zé)。
[0012]優(yōu)選外部接口只能接收與過(guò)程技術(shù)硬件確定地限定的狀態(tài)相應(yīng)的指令。相應(yīng)地通過(guò)模塊的外部接口只能接收所述的““高級(jí)”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(jìn)行處理。
[0013]優(yōu)選控制裝置在沒(méi)有外部指令的條件下獨(dú)立控制過(guò)程技術(shù)硬件在確定地限定的狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移。通過(guò)上級(jí)控制裝置進(jìn)行的控制為此因此沒(méi)有必要。模塊因此無(wú)論是在硬件上還是在控制技術(shù)上都是獨(dú)立的。
[0014]優(yōu)選通過(guò)外部接口不能控制過(guò)程技術(shù)硬件的中間狀態(tài)。通過(guò)外部接口因此只能控制模塊的限定的狀態(tài)，這樣使上級(jí)控制裝置的控制開(kāi)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(shè)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(duì)于進(jìn)一步加工就緒時(shí)，那么一個(gè)位于上游的模塊可以啟動(dòng)一個(gè)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(shè)置。相應(yīng)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(jí)設(shè)備控制裝置接收限定的指令而設(shè)置。
[0018]優(yōu)選外部接口此外為向上級(jí)設(shè)備控制裝置輸出信號(hào)而設(shè)置。外部接口也可以向設(shè)備控制裝置發(fā)出數(shù)據(jù)，例如信號(hào)，說(shuō)明是否達(dá)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(guò)程技術(shù)設(shè)備具有多個(gè)上面限定的模塊。因此過(guò)程技術(shù)設(shè)備可以很容易地增加更多個(gè)模塊、縮小其它模塊或根據(jù)其它產(chǎn)品而改型，而無(wú)需用于上級(jí)控制裝置適配的高開(kāi)支。
[0020]優(yōu)選過(guò)程技術(shù)設(shè)備此外具有上級(jí)設(shè)備控制裝置，用于輸出與模塊過(guò)程技術(shù)硬件的確定地限定的狀態(tài)相應(yīng)的限定的指令。
[0021]上述目的還通過(guò)一種用于控制過(guò)程技術(shù)設(shè)備的方法得以實(shí)現(xiàn)，其中，設(shè)備由多個(gè)模塊構(gòu)成，這些模塊分別具有用于實(shí)施過(guò)程技術(shù)分過(guò)程的過(guò)程技術(shù)硬件以及用于本地控制過(guò)程技術(shù)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(gè)或多個(gè)限定的指令，這些指令與過(guò)程技術(shù)硬件的確定地限定的狀態(tài)相應(yīng)，以及該方法具有以下步驟:
[0022]a.通過(guò)模塊的外部接口從用于該模塊的一個(gè)或多個(gè)限定的指令中接收一個(gè)指令；
[0023]b.通過(guò)相應(yīng)的控制裝置根據(jù)所接收的指令獨(dú)立控制模塊的過(guò)程技術(shù)硬件，以便使模塊的過(guò)程技術(shù)硬件進(jìn)入一個(gè)或多個(gè)確定地限定的狀態(tài)中的一個(gè)。
[0024]通過(guò)每個(gè)模塊具有它本身的控制裝置和通過(guò)其外部接口僅需接收限定的指令，該指令與模塊的過(guò)程技術(shù)硬件的一個(gè)或多個(gè)確定地限定的狀態(tài)中的一種狀態(tài)相應(yīng)和然后過(guò)程技術(shù)硬件通過(guò)各自的控制裝置被獨(dú)立控制，以便使其進(jìn)入該一個(gè)或多個(gè)確定地限定的狀態(tài)中的一種狀態(tài)，產(chǎn)生一種簡(jiǎn)單的控制技術(shù)設(shè)備配置上面已經(jīng)介紹的優(yōu)點(diǎn)?？傇O(shè)備因此一方面可以非常簡(jiǎn)單地模塊式構(gòu)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(bǔ)充，可以取消或通過(guò)其它模塊更換，而無(wú)需對(duì)總設(shè)備的上級(jí)控制軟件進(jìn)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(guò)至少一個(gè)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(guò)至少一個(gè)模塊從上級(jí)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(guò)至少一個(gè)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(guò)至少一個(gè)模塊向上級(jí)控制裝置輸出信號(hào)的步驟。因此在設(shè)備的上級(jí)控制裝置與模塊組件進(jìn)行垂直通信。
[0029]優(yōu)選該方法此外具有通過(guò)至少一個(gè)模塊向上級(jí)控制裝置輸出模塊特定的操作圖的步驟。通過(guò)在初次安裝時(shí)向上級(jí)控制裝置介紹該模塊的特性和控制可能性的操作圖，進(jìn)一步減少上級(jí)控制裝置控制軟件的編程開(kāi)支。在那里，模塊在數(shù)據(jù)技術(shù)上同樣可以作為預(yù)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(shuō)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(shuō)明】
[0030]下面借助附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。其中:
[0031]圖1示出具有多個(gè)模塊的過(guò)程技術(shù)設(shè)備的示意圖；以及
[0032]圖2示出用于控制過(guò)程技術(shù)設(shè)備的方法的流程圖；
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面參照附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0034]圖1示出一種過(guò)程技術(shù)設(shè)備90，其由多個(gè)單個(gè)模塊1、70、80和可能的其它未示出的模塊構(gòu)成。過(guò)程技術(shù)設(shè)備此外具有上級(jí)控制裝置60，其通過(guò)適當(dāng)?shù)目偩€62與各個(gè)模塊1、70、80進(jìn)彳丁通{目。
[0035]過(guò)程技術(shù)設(shè)備90的模塊I例如代表過(guò)程技術(shù)設(shè)備90的所有模塊1、70、80。該模塊包括用于實(shí)施過(guò)程技術(shù)分過(guò)程的過(guò)程技術(shù)硬件10。在所示的例子中，過(guò)程技術(shù)硬件10例如包括反應(yīng)器30，該反應(yīng)器具有通過(guò)電動(dòng)機(jī)42驅(qū)動(dòng)的攪拌器40。反應(yīng)器30此外具有電動(dòng)加熱棒50，其通過(guò)電力電子裝置52控制。反應(yīng)器30本身由一個(gè)優(yōu)選封閉的容器組成，進(jìn)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(jìn)料管32—直延伸到舉例模塊I的外部界限并在那里的進(jìn)料法蘭36內(nèi)結(jié)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(jié)束。通過(guò)進(jìn)料法蘭36，模塊I可以連接在位于上游的模塊120上并通過(guò)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(guò)程技術(shù)連接可能性，例如像多個(gè)入口或多個(gè)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(guò)程技術(shù)硬件10的控制裝置20?？刂蒲b置20這樣設(shè)置，使其可以獨(dú)立控制過(guò)程技術(shù)硬件10，也就是這里的例如攪拌器40的電動(dòng)機(jī)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(guò)程技術(shù)上進(jìn)入限定的狀態(tài)。模塊I具有一個(gè)或多個(gè)精確限定的過(guò)程技術(shù)狀態(tài)并可以按照指令獨(dú)立在這些狀態(tài)之間變換。因此模塊例如可以沒(méi)有外部的影響?yīng)毩?shí)施一個(gè)過(guò)程技術(shù)的分過(guò)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(méi)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(wèn)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(dòng)機(jī)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(guò)程技術(shù)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(gòu)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(dú)立控制各自模塊的過(guò)程技術(shù)硬件以及模塊可以各自進(jìn)入一個(gè)或多個(gè)確定地限定的狀態(tài)。相應(yīng)地模塊1、70、80本身在控制技術(shù)上獨(dú)立，從而過(guò)程技術(shù)硬件和控制裝置共同形成過(guò)程技術(shù)設(shè)備90的可靈活使用的模塊，該模塊一定程度上可以通過(guò)“即插即用”在過(guò)程技術(shù)上和控制技術(shù)上組成一個(gè)總設(shè)備90。
[0040]總設(shè)備20包括上級(jí)