用于控制金属制造工业、有色金属工业或钢铁工业中用来制造半成品或成品的生产设备中的生产工艺的自动化系统和方法与流程

本发明涉及用于控制金属制造工业、有色金属工业或钢铁工业中用来制造半成品或成品的生产设备中的生产工艺的自动化系统。本发明还涉及用于控制金属制造工业、有色金属工业或钢铁工业中用来制造半成品或成品的生产设备中的生产工艺的方法。本发明总体上涉及冶炼工业的设备，例如金属制造工业、有色金属(ne)工业或钢铁工业或制造中间合金的设备。这类工业设备的示例是高炉、直接还原设备、电弧炉、转炉或者用于钢包工艺的设备、用于金属的成形或成型的设备(例如连续铸造设备或钢坯铸造设备以及热轧设备和/或冷轧设备)、或这些设备的上游设备或下游设备(例如炉(诸如回热炉或保温炉)、精整设备、涂装线、冷却线、酸洗设备或退火设备)。

背景技术：

1、在从现有技术已知的用于控制金属制造工业、有色金属工业或钢铁工业中用来制造半成品或成品的生产设备中的生产工艺的自动化系统中，各个设备部分中的致动器和/或传感器通过电缆与所谓的远程输入输出模块(rio，romote input-output)相连接。在此，rio通过总线电缆与控制柜相连接。开环及闭环控制技术的功能由布置在控制柜中的所谓可编程逻辑控制器(plc，programmable logic controller)或者类似的硬件承担。目标值同样通过总线电缆从plc或类似的硬件回传至致动器和/或传感器。除了plc之外，还使用了第三方供应商的管理系统，例如siemens公司的pcs7或abb公司的melody。此外，对于高度动态的应用，还使用了来自不同制造商的所谓运动控制器，该运动控制器作为具有实时能力的系统能够实现直至1毫秒的快速闭环控制。这些系统与plc层级和/或管理系统层级相连接，并且从那里接收它们的目标值设定。

2、从现有技术已知的自动化系统具有高的组装消耗和电缆布设消耗。根据功能(开环控制/闭环控制/安全)需要专门的电缆，此外出现总线连接，并且在安全技术要求的情况中还可能需要接通至控制柜的离散电缆布设。此外，从现有技术已知的自动化系统沿整个工程链具有高的花费，例如在硬件工程方面，比如电气设计(e-plan)的构建。除了高消耗的规划之外，从现有技术已知的自动化系统只能高消耗地在现场检查按规定的功能性。此外还必须进行校准，并且必须在集中管理的plc系统和管理系统中创建自动化规则。

技术实现思路

1、本发明的目的是，简化自动化系统的规划、安装、调试以及持续运行，其中，所述自动化系统用于控制金属制造工业、有色金属工业或钢铁工业中用来制造半成品或成品的生产设备中的生产工艺。

2、根据本发明，该目的通过用于控制金属制造工业、有色金属工业或钢铁工业中用来制造半成品或成品的生产设备中的生产工艺的自动化系统来实现，

3、其中，生产设备包括用于执行单独的生产步骤的多个设备部分；

4、其中，对于每个设备部分，自动化系统包括单独的控制单元，以便控制相应的设备部分的致动器和/或传感器，为的是使相应的设备部分中的生产步骤自动化；并且

5、其中，自动化系统的单独的控制单元包括用于彼此无线通信的无线通信装置。

6、为了控制设备部分的致动器和/或传感器，将关于要控制的设备部分的相应信息适宜地存储在相关的控制单元中。该控制特别地基于致动器和/或传感器的数据以及要执行的生产步骤。此外，就此而言，可考虑数学模型、专家知识等等。

7、根据本发明，各个设备部分相应具有单独的控制单元，其承担控制相应的设备部分中的致动器和/或传感器。因此，生产设备中的生产工艺的自动化由分散布置的智能控制单元执行。智能控制单元在本地、即在设备部分中实施相应的设备部分中的致动器和/或传感器的控制的尽可能多的功能。设备功能无论其性质或来源如何，都尽可能由设备部分中的控制单元在设备部分中本地地执行。适宜地，控制单元还布置在相应的设备部分中，使得控制单元以分散的方式分布在生产设备中。

8、由于一设备部分中的生产步骤的执行可能取决于另一设备部分中的另一生产步骤，特别是取决于另一设备部分中的生产步骤的自动化，所以自动化系统的控制单元包括用于彼此无线通信的无线通信装置。因此，单独的控制单元可通过无线通信装置彼此交换信息，只要这是必要的和/或有意义的。

9、通过使用无线通信装置最小化了电缆布设的消耗，由此也显著简化了生产设备的规划和调试。无线通信装置在传输技术方面不受限制，并且例如基于蓝牙、低功耗蓝牙、近场通信(nfc，near field communication)、移动无线电标准(例如4g或5g)、无线局域网(wlan，wireless local area network)、或其他已知的或未来的无线传输技术。

10、在根据本发明的变体中，自动化系统包括中央管理系统，其中，独立的控制单元通过无线通信装置与中央管理系统通信。在一些生产设备中，可能需要生产设备中的生产工艺的一些方面由中央管理系统控制。在这种情况下，中央管理系统通过无线通信装置与设备部分中单独的控制单元通信。然而，只有当单独的控制单元无法在本地执行设备部分的功能时，才进行中央管理系统的接入。

11、根据本发明的优选变体，单独的控制单元相应包括计算装置。该计算装置例如是微控制器、可编程逻辑控制器(plc，programmable logic controller)等等。通过计算装置可执行用于相应的设备部分的致动器和/或传感器的多个控制功能。

12、根据适宜的变体，单独的控制单元包括电源线和/或作为电压供应装置的蓄电池。

13、在本发明的有利的变体中，独立的控制单元至少部分地包括保护壳体。通过该保护壳体更好地保护了控制单元免受外部影响。这特别是在金属制造工业、有色金属工业或钢铁工业的生产设备中使用时特别有意义，因为在这类设备中外部影响可能会损坏未受保护的控制单元。控制单元被构造为适用于冶炼(hüttengerecht)的组成。在某些情况下，如有必要，控制单元将受到保护壳体的防爆保护。

14、根据本发明的有利的变体，在单独的控制单元中至少部分地存储有关于相邻设备部分的信息和/或关于整个生产设备及生产设备的设备部分的信息。单独的控制单元因此至少部分地知晓整个生产设备的结构，并且由此还具有关于先前生产步骤和/或后续生产步骤如何设计的信息。

15、根据特别优选的变体，自动化系统被构造为自配置的、特别是自组网的。通过使单独的控制单元至少部分地包括关于相邻设备部分的信息和/或关于整个生产设备及生产设备的设备部分的信息，自动化系统可以被构造为自配置的、特别是自组网的。由此将显著简化设置和调试。

16、目的还通过用于控制金属制造工业、有色金属工业或钢铁工业中用来制造半成品或成品的生产设备中的生产工艺的方法来实现，

17、其中，生产设备包括用于执行单独的生产步骤的多个设备部分，

18、方法包括以下步骤：

19、通过单独的控制单元来控制设备部分中的生产步骤的自动化，特别是控制相应的设备部分的致动器和/或传感器；以及

20、通过无线通信装置在单独的控制单元之间交换数据。

21、在此，单独的控制单元优选地至少部分地存储关于要控制的设备部分的信息。该控制特别地基于致动器和/或传感器的数据以及要执行的生产步骤。此外，就此而言可考虑数学模型、专家知识等等。

22、根据本发明，各个设备部分、特别是其致动器和/或传感器，相应由单独的控制单元控制。因此，生产设备中的生产工艺的自动化是分散的。特别地，致动器和/或传感器的控制由相应的设备部分中的智能控制单元在本地承担。智能控制单元在本地、即在设备部分中实施相应的设备部分中的致动器和/或传感器的控制的尽可能多的功能。设备功能无论其性质或来源如何，都尽可能由设备部分中的控制单元在设备部分中本地地执行。适宜地，控制单元也布置在相应的设备部分中，使得控制单元以分散的方式分布地布置在生产设备中。

23、由于一设备部分中的生产步骤的执行可能取决于另一设备部分中的另一生产步骤，特别是取决于另一设备部分中的生产步骤的自动化，所以根据本发明的方法包括通过无线通信装置在自动化系统的单独的控制单元之间交换数据的步骤。因此，单独的控制单元彼此无线地交换信息，只要这是必要的和/或有意义的。

24、通过使用无线通信装置交换信息，最小化了电缆布设的消耗，由此也显著简化了生产设备的规划和调试。无线通信装置在传输技术方面不受限制，并且例如基于蓝牙、低功耗蓝牙、近场通信(nfc，near field communication)、移动无线电标准(例如4g或5g)、无线局域网(wlan，wireless local area network)、或其他已知的或未来的无线传输技术。

25、根据本发明的变体，根据本发明的方法还包括在单独的控制单元和中央管理系统之间交换数据的步骤。在中央管理系统和单独的控制单元之间的数据交换优选地同样以无线的方式进行，特别是通过本来就有的用于在单独的控制单元之间进行通信的无线通信装置。然而，只有当单独的控制单元无法在本地执行设备部分的功能时，才进行中央管理系统的接入。

26、根据本发明的有利变体，与控制相关的数据在单独的控制单元中被本地地处理。为此，单独的控制单元特别地具有计算装置，例如微控制器、可编程逻辑控制器(plc，programmable logic controller)等等。对设备部分中生产步骤的控制因此优选地由单独的相关的控制单元在本地执行。

27、在适宜的变体中，单独的控制单元至少部分地存储关于相邻设备部分的信息和/或关于整个生产设备及生产设备的设备部分的信息。单独的控制单元因此至少部分地知晓整个生产设备的结构，并且由此还具有关于先前生产步骤和/或后续生产步骤如何设计的信息。

28、根据本发明的特别有利的变体，单独的控制单元独立地配置和/或组网。如果单独的控制单元至少部分地包括关于相邻设备部分的信息和/或关于整个生产设备及生产设备的设备部分的信息，则这是可行的。借助于无线通信装置，单独的控制单元可基于此信息独立地相互组网。