Messen, Steuern Und Regeln in Der Chemischen Technik: Band IV Meßwertverarbeitung Zur Prozeßführung II (Digitale Verfahren)

ISBN-13: 9783642475054 / Niemiecki / MiÄ™kka / 2012 / 468 str.

J. Hengstenberg; B. Sturm; O. Winkler

Opis

von M. Brombacher, Leverkusen Mit Beginn der 70er Jahre nahm der Einsatz von Proze13rechnern in der chemi- schen Industrie stetig zu. Entsprechend den Fortschritten in der Entwicklung der Hardwaretechnologie hatte man allerdings eine hohere Zuwachsrate erwarten konnen, als sie sich tatsachlich eingestellt hat; der gro13e Proze13rechnerboolll ist ausgeblieben. Fur diese Entwicklung lassen sich mehrere Griinde anfuhren: Viele Projekte haben - zumindest nicht rechtzeitig - den Erfolg gebracht, den der Anwender erwartet hat; die Entwicklung der Mikroelektronik hat zu neuartigen Technologien gefUhrt, die als dezentrale Automatisierungssysteme - zumindest fUr Aufgaben des Steuerns und Regelns - den Proze13rechnern Konkurrenz ma- chen; und schlie13lich hat die wirtschaftliche Entwicklung, die speziell der chemi- schen Industrie standig sinkendes Wachstum gebracht hat, manches Proze13rech- ner-Projekt verhindert. Die effektive Handhabung des zentralen Proze13rechners im Betrieb bleibt trotz vieler Verbesserungen nach wie vor den Spezialisten uber- lassen. Ihr Arbeitsfeld hat sich - im Vergleich zur Pionierzeit - stetig in Rich- tung Softwaretechnik verschoben. In den beiden folgenden Kapiteln (1. 1 und 1. 2) wird versucht, dem mit der Proze13rechentechnik nicht vertrauten Anwender den Einstieg in dieses Fachge- biet zu vermitteln. Obwohl die Hardware mehr und mehr in den Hintergrund ruckt, scheint es doch zweckma13ig, Aufbau und Arbeitsweise eines Rechners im Verbund mit seiner Peripherie kennenzulernen. Dabei wird auf die den Proze- rechner auszeichnende Peripherie, die Proze13peripherie, die der Erfassung, Aus- gabe und Ubertragung der Proze13signale dient, besonderer Wert gelegt.

Spis treści

1. Grundlagen der Prozeßrechentechnik.- 1.1. Gerätetechnische Komponenten von Prozeßrechensystemen.- 1.1.1. Aufbau und Arbeitsweise der Prozeßrechner-Zentraleinheit.- 1.1.2. Aufbau und Arbeitsweise peripherer Einheiten.- 1.1.3. Datenübertragung, Rechnerkopplung.- 1.2. Programmierung von Prozeßrechnern.- 1.2.1. Prozeßrechner-Betriebssystem.- 1.2.2. Echtzeit-Programmiersprachen für Prozeßrechner.- 1.2.3. Systemprogramme.- 1.2.4. Programmiertechnik.- 1.2.5. Betreuung des Programmsystems.- 1.2.6. Programmdokumentation.- 2. Allgemeine Gesichtspunkte beim Einsatz von Prozeßrechnern.- 2.1. Einleitung.- 2.2. Kriterien, Aufgaben, Strukturen und Kommunikation beim Einsatz von Prozeßrechnern.- 2.2.1. Kriterien für den Einsatz von Prozeßrechnern.- 2.2.2. Aufgaben für Prozeßrechner.- 2.2.3. Strukturen von Prozeßrechensystemen.- 2.2.4. Kopplung Prozeß — Prozeßrechensystem.- 2.2.5. Kommunikationseinrichtungen für Prozeßrechner.- 2.3. Abwicklung von Prozeßrechnerprojekten.- 2.3.1. Das Automatisierungsprojekt.- 2.3.2. Die Phasen des Prozeßrechnerprojektes.- 2.3.3. Die Projektvorbereitung.- 2.3.4. Die Projektdurchführung.- 2.3.5. Die Betriebsphase.- 3. Prozeßüberwachung, Regelung und Steuerung mit Prozeßrechnern.- 3.1. Meßwerterfassung.- 3.1.1. Ein- und Ausgangssignale.- 3.1.2. Erfassungsmodi.- 3.2. Meßwertverarbeitung.- 3.2.1. Analogwertverarbeitung.- 3.2.2. Binärwertverarbeitung und Zählerstandserfassung.- 3.3. Die Überwachung von Produktionsanlagen mit Prozeßrechnern.- 3.3.1. Erkennen von Störungen.- 3.3.2. Analyse von Störungen.- 3.4. Regelung mit Prozeßrechnern.- 3.4.1. Einleitung.- 3.4.2. Grundzüge der digitalen Regelung.- 3.4.3. Grundzüge der experimentellen Modellbildung.- 3.4.4. Digitale Regelalgorithmen.- 3.4.5. Adaptive Regelalgorithmen.- 3.4.6. Adaptive Regelung einer technischen Trocknungsstrecke.- 3.4.7. Mathematischer Anhang.- 3.5. Ablaufsteuerungen mit Prozeßrechnern.- 3.5.1. Kriterien und Methoden für den Rechnereinsatz.- 3.5.2. Beispiel für eine Ablaufsteuerung.- 4. Prozeßoptimierung.- 4.1. Aufgabenstellung.- 4.2. Prozeßanalyse und Aufgabenformulierung.- 4.3. Optimierungskonzeptionen für stationäre Prozesse.- 4.3.1. Datenverarbeitende Regelung.- 4.3.2. Optimierung mit Hilfe von Suchverfahren am realen Prozeß.- 4.3.3. Prozeßoptimierung mit Hilfe des Modellverfahrens.- 4.4. Optimierkonzeptionen für dynamische Prozesse.- 4.5. Die Bildung des mathematischen Modells eines Prozesses.- 4.5.1. Modellstruktur und Modellparameter.- 4.5.2. Lineare Regressionsanalyse und Parameterschätzung bei stationären Prozessen.- 4.5.3. Parameterschätzung bei dynamischen Prozessen.- 4.6. Optimiermethoden für stationäre Prozesse.- 4.6.1. Optimum und Optimierverfahren.- 4.6.2. Lineares Programmieren.- 4.6.3. Nichtlineares Programmieren.- 4.6.4. Dynamisches Programmieren.- 4.7. Optimierung dynamischer Prozesse.- 4.7.1. Variationsrechnung und das Maximumprinzip von Pontryagin.- 4.7.2. Methoden zur numerischen Lösung des Optimierungsproblems.- 4.8. Abschließende Bemerkungen.- 5. Produktions-/Betriebsdatenerfassung und -verarbeitung.- 5.1. Einführung.- 5.2. Aufgabenstellung.- 5.3. Programmkonzept.- 5.3.1. Begriffe, Übersicht.- 5.3.2. Rezeptverwaltung.- 5.3.3. Betriebliche Disposition.- 5.3.4. Produktflußverfolgung.- 5.3.5. Stammdatenbeschreibung.- 5.4. Schlußbemerkung.- 6. Zentrale Automatisierungskonzepte zur Prozeßüberwachung und Prozeßführung.- 6.1. Einführung.- 6.2. Vier Beispiele von ausgeführten zentralen Prozeßsteuerungen.- 6.2.1. Das Automatisierungskonzept einer prozeßrechnergesteuerten Farbstoff-Fabrik mit Handbackup und zentralisiertem Leitstand.- 6.2.2. Die Automatisierung einer zweistufigen Batch-Reaktion mit Taktsteuergerät und pneumatischen Analogreglern.- 6.2.3. Das Kontrollsystem einer rechnergesteuerten Produktionsanlage mit minimalem Backup.- 6.2.4. Die hierarchische Steuerung und multivarialbe Prozeßregelung einer Zementfabrik.- 7. Dezentrale Automatisierungskonzepte zur Prozeßüberwachung und Prozeßführung.- 7.1. Einführung.- 7.2. Dezentrale Automatisierungskonzepte mit Prozeßrechnern.- 7.2.1. Das hierarchische Zweirechnersystem.- 7.2.2. Das hierarchische Mehrrechnersystem.- 7.3. Dezentrale Prozeßautomatisierungssysteme.- 7.3.1. Einleitung.- 7.3.2. Automatisierungskonzept: Anforderung und Realisierung.- 7.3.3. Dezentrale Automatisierungssysteme auf der Basis von dedizierten parametrierbaren Mikrorechnern.- 7.3.4. Systemauswahl.- 7.3.5. Anwendungen von dezentralen Automatisierungssystemen.- 8. Prozeßrechner im Lager- und Transportwesen.- 8.1. Lagerung und Transport von Stückgütern.- 8.1.1. Einführung.- 8.1.2. Aufgaben des Automatisierungssystems.- 8.1.3. Anforderungen an den Prozeßrechner.- 8.2. Flüssigkeiten und Gase.- 8.2.1. Wesen und Vorteile des Produkttransportes durch Fernleitungen.- 8.2.2. Prozeßrechnereinsatz zur Lösung von Projektierungs-, Betriebs- und Sicherheitsaufgaben.- 8.3. Förderung und Lagerung von Schüttgütern.- 8.3.1. Grundprinzipien der pneumatischen Förderung.- 8.3.2. Aufgaben des Prozeßrechners.- 8.3.3. Realisierungsaufwand und praktische Erfahrungen.- 8.3.4. Wirtschaftliche Vorteile des Prozeßrechnereinsatzes.- 9. Rechner im Labor.- 9.1. Einleitung.- 9.2. Kriterien und Aufgaben für den Rechnereinsatz im Labor.- 9.2.1. Kriterien der Laborrechentechnik.- 9.2.2. Aufgaben der Laborrechentechnik.- 9.3. Automatisierung von Geräten mit Geräterechnern.- 9.3.1. Lösungskonzepte.- 9.3.2. Anwendungen von Geräterechnern.- 9.4. Automatisierung von Arbeitsabläufen.- 9.4.1. Lösungskonzept.- 9.4.2. Anwendungen der Automatisierung von Arbeitsabläufen.- 9.5. Automatisierung in Laboratorien.- 9.5.1. Lösungskonzept.- 9.5.2. Ablauf einer Analyse in einem automatisierten analytischen Zentrallaboratorium.- 10. Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit von digitalen Systemen.- 10.1. Begriffe.- 10.2. Maßnahmen zur Verbesserung der Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit.- 10.2.1. Konstruktive Maßnahmen zur Verbesserung der Zuverlässigkeit.- 10.2.2. Fehlererkennung vor der Inbetriebnahme.- 10.2.3. Verbesserung der Zuverlässigkeit durch fehlertolerante Systeme.- 10.2.4. Verbesserung der Verfügbarkeit durch rasche Behebung von Störungen.- 10.3. Eie Erfassung von Zuverlässigkeitswerten bei Einsatz digitaler Systeme.- 10.4. Einsatz digitaler Systeme für Sicherheitsaufgaben.- 10.4.1. Konstruktive Sicherheitsmaßnahmen.- 10.4.2. Nachweisverfahren der Fehlerfreiheit.- 10.4.3. Sicherheitsbedeutsame Prüfverfahren nach Inbetriebnahme.