Der PC als Alternative zur SPS

Offenen Steuerungssystemen gehört die Zukunft

Abb. 2 Wolfgang Blome, Geschäftsführer von Phoenix Contact: Die Open Control Initiative hat bereits heute erreicht, daß der PC als Alternative zur SPS kaum noch angezweifelt wird.
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Die Automatisierungstechnik wandelt sich von einer hardwareorientierten Struktur zu einer softwaregetriebenen Branche mit dem Industrie-PC als Basis. Die PC-gestützte Steuerungstechnik entwickelt sich zu einem ernstzunehmenden Gegner der SPS, deren Bedeutung sinkt. Das sind die Kernaussagen der ersten pc & automation-Konferenz in Paris, veranstaltet von Baan, Microsoft, Phoenix Contact und Wonderware.

Abb. 1 Die am 26. und 27. März erstmals in Paris veranstaltete internationale Konferenz „pc&automation“ war auch für die Sponsoren ein voller Erfolg – v. links: Dr. Peter Lempp (Baan), Lorenzo Pengo (Microsoft), Jeff Kissling (Wonderware), Wolfgang Blome (Phoenix Contact)

Abb. 2 Wolfgang Blome, Geschäftsführer von Phoenix Contact: „Die Open Control Initiative hat bereits heute erreicht, daß der PC als Alternative zur SPS kaum noch angezweifelt wird.“
Die Automatisierungstechnik wandelt sich von einer hardwareorientierten Struktur zu einer softwaregetriebenen Branche mit dem Industrie-PC als Basis. Die PC-gestützte Steuerungstechnik entwickelt sich zu einem ernstzunehmenden Gegner der SPS, deren Bedeutung sinkt. Das sind die Kernaussagen der ersten pc & automation-Konferenz in Paris, veranstaltet von Baan, Microsoft, Phoenix Contact und Wonderware.
Mehr als 350 Besucher aus aller Welt informierten sich auf der zweitägigen Veranstaltung über neue Trends in der Automatisierungstechnik.
Besondere Highlights waren dabei die durchgängigen Kommunikationsmöglichkeiten vom Sensor bis ins Management mit einheitlichem TCP/IP-Protokoll über Interbus und Ethernet sowie das Zusammenwachsen von Office und Fabrik über die offenen Industriestandards PC und Windows NT/CE. In einer begleitenden Ausstellung wurde das Spektrum der Geräte und Lösungen für PC-basierte Automatisierungstechnik mit Interbus gezeigt.
Das Ende von CIM
„Die Vision der computerintegrierten Fertigung (CIM), geboren in den 80er Jahren, wies zwar den Weg in die richtige Richtung, war letztendlich aber zu teuer und technisch zu komplex“, so die Einschätzung von Michael Babb, International Editor des US-Fachblattes Control Engineering und Moderator der vom Interbus-Club organisierten pc & automation Startup-Konferenz in Paris.
Dachte man in der CIM-Zeit noch in einem hierarchischen 7-Ebenen-Modell der Fabrik, so sind es heute nur noch drei. Die Management-Ebene oder das Enterprise Ressource Planning (ERP) bildet die oberste Stufe, in der Mitte befindet sich die Leit- und Steuerungsebene und ganz unten die Feldebene. Zugeordnete Produkte sind u.a. Back Office von Microsoft oder Baan auf der ERP-Ebene, Factory Suite von Wonderware auf der Leitebene und Interbus auf der Feldebene. „Es existieren jedoch immer noch viele Barrieren zwischen diesen drei Ebenen. Gerätetreiber sind nur eine Übergangslösung, um sie zu überwinden. Ein neutraler Standard ist erforderlich, der die Komplexität der Treiberinstallationen auf ein erträgliches Maß reduziert. Solch eine Lösung ist mit OPC entwickelt worden“, erläuterte Michael Babb.
Objektorientierung in derAutomatisierung
„Integration ist unser Geschäft“, betonte Lorenzo Pengo, Process Manufacturing Manager Europe bei Microsoft. „Von uns wird es keine ERP-Anwendungssoftware geben, sondern Integrationstechnik zu Back Office und anderen Paketen. Die Reduzierung der Betriebskosten ist unser Ziel“. Laut Pengo sind die Objekttechnologien nicht nur für Büroanwendungen interessant, sondern auch für die Fabrik.
Das Distributed Component Object Model (DCOM) bzw. Netzwerk-OLE (Object Linking and Embedding) sei die softwareseitige Infrastruktur zum Austausch von Objekten zwischen Anwendungen. Objekte in diesem Sinne sind Grafiken oder Texte, die von einer Tabellenkalkulation über das Netz in eine andere Anwendung eingebettet werden.
„DCOM/OLE ist in Büroanwendungen etabliert. Wir überführen diese Technologie nun in die Automatisierungstechnik. Schon die Programmierung des Gerätetreibers für eine Prozeßvisualisierung verschlingt bis zu vierzig Prozent des Engineerings, mit OPC läßt sich dieser Aufwand erheblich minimieren“, so Pengo. OPC (OLE for Process Control) löse das Problem fehlender Standards für die netzwerkweite Verteilung von Softwarekomponenten und deren Einbettung in Anwendungen. Mit OPC lassen sich beispielsweise Statistiken aus einer Prozeßvisualisierung in eine Büroanwendung übernehmen. Die Vielfalt von Schnittstellen zur Koordinierung unterschiedlicher technischer Welten, von der Steuerungstechnik bis zur Auslieferung des Produktes, sei damit in den Griff zu bekommen. Die klassische Trennung von administrativen und produktionsorientierten Funktionen verschwinde zusehends.
Bereits vor drei Jahren initiierte Microsoft in den USA eine „OPC Task Force“, die Entwürfe für eine Anpassung von OLE an die Automatisierungstechnik erarbeitete. Resultat dieser Arbeiten war ein echtzeitfähiger Mechanismus für die Kommunikation zwischen OPC-Servern (verteilten Steuerungssystemen), speicherprogrammierbaren Steuerungen und intelligenten Feldgeräten einerseits sowie OLE/OPC-kompatiblen Anwendungen andererseits. Im September 1996 formierte sich die OPC-Foundation in Austin/Texas. Gründungsfirmen waren Fisher-Rosemount, Honeywell, Intellution, Microsoft, Opto22 sowie Rockwell Software. „In der OPC Foundation sind heute 240 Anbieter organisiert, die eine Vielzahl von Produkten bereits entwickelt haben“, stellte Pengo fest.
Als Zwischenspeicher für die Echtzeitdaten aus der Fabrik dienen Datenbanken wie der SQL-Server im Produkt Back Office. Alle Anwendungen kommunizieren über nur ein Objektmodell, OLE/DCOM.
Industrie-PC statt SPS
„Die Zeit ist gekommen, die speicherprogrammierbare Steuerung durch den Industrie-PC zu ersetzen“, erklärte Wolfgang Blome, Geschäftsführer Entwicklung, Vertrieb und Marketing bei Phoenix Contact. „Mit Betriebsystemen wie Windows NT und dessen Echtzeiterweiterungen wird der PC ein ernstzunehmender Gegner der SPS, deren Bedeutung abnehmen wird. Open Control ist der Standard für offene Systeme, der konsistent auf Microsoft-Standards setzt.“
„CIM war ein Top-Down-Ansatz, die Standards der Open Control hingegen ein Bottom-Up-Ansatz. Das ist der einzige Weg zu einer vertikalen Integration“, bekräftigte Blome. Entscheidend für die neuen Automatisierungsstrukturen werde nicht das Steuerungssystem sein, sondern die Verbindung zwischen den einzelnen dezentralen intelligenten Einheiten. Diese Integration laufe reibungslos aber nur bei offenen Betriebssystemen und Hardware-Strukturen, die wiederum ideal durch die PC-Architektur erfüllt sind.
Ziel der Open Control Nutzergruppe ist ein „Automatisierungs-Baukasten“, mit dessen Bausteinen sich individuelle Lösungen zusammenstellen lassen. Rückgrat dieses Baukastens sind Kommunikationssysteme wie beispielsweise Interbus. Er sichert den einheitlichen Zugriff vom Steuerungsrechner auf die Feldgeräte. „Da das Kommunikationsprotokoll TCP/IP integrierter Bestandteil des Interbus ist“, so Blome, „wird eine direkte Kommunikation vom Sensor bis zum Management oder bis zum Inter-/Intranet möglich“.
Die Vereinheitlichung von Schnittstellen ist in Open Control über eine gemeinsame Datenbasis gelöst. In ihr sind einmal eingegebene Daten zentral gespeichert. So lassen sich Variablendefinitionen aus einem Programmierwerkzeug vom Hersteller X direkt von der Visualisierungssoftware des Herstellers Y übernehmen. Damit entfallen Fehlerquellen und Mehrfacheingaben.
Um die gewünschte Durchgängigkeit zu realisieren, entwickelte die Open Control eine sogenannte Middleware namens „Control Application Link Layer (CALL)“, die sich wiederum aus den Komponenten CALL-E, R und P zusammensetzt.
CALL-E steht für Engineering mit gemeinsamer Projektdatenbank und einheitlicher Entwicklungsmethodik einschließlich Programmierung nach IEC 1131-3. CALL-R heißt das Laufzeitsystem für die Kommunikation zwischen verteilten, dezentralen Systemen nach dem Client-Server-Prinzip. CALL-P letztlich ist die Schnittstelle zur Integration von Feldbussen oder anderen Kommunikationssystemen.
Im Bereich der Kommunikation zur Laufzeit zwischen Steuerungs-, Bedien- und Leitebene, also dort wo Open Control CALL-R definiert, wird OPC genutzt, um die Laufzeitkopplung von Anwendungen zu realisieren. CALL-R ergänzt die OPC-Spezifikation um weitere Funktionalitäten, wie z. B. die Definition von Programmobjekten. Dazu kommen Funktionen, die insbesondere die Verwaltung und Wartung großer Systeme erleichtern, wie dynamische Konfiguration, netzwerkweite symbolische Namen und die Verbindung mit der Open Control Projektierungsdatenbank. Diese Erweiterungen sind neben den OPC-Festlegungen nutzbar. Eine CALL-R Schnittstelle enthält also immer die OPC-Schnittstelle als eine Untermenge.
Die zweite industrielle Revolution
„Der PC wird die zweite industrielle Revolution auslösen“, so zitierte Jeff Kissling, Vice President Development von Wonderware, seinen CEO Roy Slavin. Und diese Revolution erfordere Software. Integration sei wichtiger als Connectivity, denn Integration heiße Software, während Connectivity auf hardwaremäßige Verdrahtung ziele. „Wie Microsoft eine Integrationsplattform für die Büroumgebung geschaffen hat, wollen wir mit unserer Factory Suite diese Rolle in der Fabrik übernehmen“, so Kissling. DCOM oder das selbstentwickelte Industrie-SQL stellen die Basis dafür her.
Transparenz im Unternehmen
„Enterprise Resource Planning macht das Unternehmen transparent und flexibel, da sich Abläufe ändern lassen und trotzdem die Kontrolle über die Änderungen behalten wird“, so beschreibt Dr. Peter Lempp, Consulting Director bei Baan, den Vorteil von ERP-Systemen. So lassen sich Wenn-Dann-Analysen für die Produktion durchführen, und mit Hilfe eines Management-Informationssystemes (MIS) entscheidungsunterstützende Daten für das Management aufbereiten. Ob die Kommunikation zwischen Sensor und Management in allen Fällen erforderlich ist, da gibt sich Lempp skeptisch. „Die Information vom Sensor bis zum Management kann aber dann sinnvoll sein, wenn eine bestimmte Maschine den Flaschenhals in der Produktion darstellt und diese von einer höheren Warte aus permanent überwacht werden muß“.
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