Alternative Lösung

Frank Thölen

Bei Betriebssystemen für die Anlagenautomatisierung wird in aller Regel zwischen den Systemen für die leittechnische Funktionalität und den prozessnahen Automatisierungseinheiten unterschieden. Während die Betriebssicherheit der prozessnahen Komponenten schon immer höchsten Ansprüchen unterlag, gelten heute diese Anforderungen gleichermaßen für die Betriebssicherheit der Leitrechner.

Da die meisten modernen Prozessanlagen von Operatorarbeitsplätzen in einer zentralen Leitwarte aus bedient werden, gibt es kaum Möglichkeiten, eine Anlage ohne die Unterstützung des Prozessleitsystems, sei es auch nur über einen kurzen Zeitraum, sicher zu fahren. Entsprechende Notbediensysteme werden aus Sicherheitsgründen zwar gelegentlich installiert, die grundlegende Forderung bei der Auslegung und Planung zielt jedoch auf eine nahezu vollständige Ausfallsicherheit des Prozessleitsystems. Gründe hierfür liegen neben dem Sicherheitsgedanken immer häufiger in den hohen Produktionsausfallkosten.

Eine Grundlage für die Ausfallsicherheit des Prozessleitsystems bildet das Betriebsystem, auf dem die Prozessleittechniksoftware aufgesetzt wird. Klassische Leitsysteme beruhen oftmals auf der Basis von Unix. Hohe Systemstabilität und nach Jahren lieferbare Ersatzteile für die Hardware sind die Argumente für diese Plattformen. Die im Vergleich zu PC-basierten Plattformen deutlich höheren Anschaffungskosten und die wachsende Leistungsfähigkeit PC-basierter Systeme stellen heute eine ernstzunehmende Wettbewerbsituation dar. Hinzu kommt, dass der große Funktionsumfang die Unix-Systeme sehr vielseitig, aber gleichzeitig nur durch speziell geschultes Personal effizient konfigurierbar macht.

In der letzten Zeit werden mit wachsender Verbreitung Prozessleitsysteme unter dem Betriebssystem Windows NT eingesetzt. Im Vergleich zu Windows 95 bietet der Einsatz des Betriebssystems Windows NT durch ein preämtives Multitasking eine deutlich höhere Betriebssicherheit. Dennoch kommt es bei Systemstörungen zu vollständigen Systemabstürzen, die ein frühzeitiges Korrigieren der Störung und eine notwendige Datenrettung nicht mehr zulassen. Auch in Fragen der Fernwartung lässt NT einige Wünsche offen. Neben den oben angesprochenen Betriebssystemen hat sich in den letzten Jahren parallel eine Alternative herausgebildet, die bereits eine respektable Verbreitung in der industriellen Praxis gefunden hat. Es handelt sich hierbei um das Betriebssystem Linux, das in der Öffentlichkeit zunehmend an Bedeutung gewinnt. Nach neuesten Studien sind 25% aller 1999 verkauften Serversysteme mit Linux bestückt. Firmen wie SAP, Corel, SGI und Borland setzen auf diese neue Technik.

Linux hat seinen Ursprung in dem von Linus Torvald entwickelten Unix-ähnlichen Betriebsystemkern. Die Prinzipien der GNU General Public License (GPL), die eine freie Verfügbarkeit von Programmen und deren Sourcecode vorsehen, verbunden mit der Kreativität einer internationalen Linux-Entwicklergruppe, haben aus diesem Kern ein ausgereiftes Betriebssystem werden lassen, das mittlerweile den ernstzunehmenden Vergleich mit Unix aufnimmt. Professionelle Linux-Distributoren wie S.U.S.E., Red Hat oder Corel geben Linux einen Rahmen, der es dem Betriebssystem ermöglicht, sich im industriellen Bereich zu etablieren. Office Pakete wie Applixware oder Star-Office, Datenbanken wie Adabas D und der Internet-Explorer Netscape, sind Bestandteil eines Linux-Arbeitsplatzes. Die Akzeptanz von Linux steigt insbesondere im Bereich betriebssicherer Server-Lösungen.

Aufgrund des modularen Aufbaus und einer allgemeinen Ausrichtung auf den gesamten Industriebereich wird das Prozessleitsystem Aprol in den verschiedensten Industriebranchen eingesetzt. Bereits 1994 wurde man hier auf das Betriebssystem Linux aufmerksam. Aufgrund der durchweg guten Erfahrungen im Einsatz Linux-basierter Entwicklungsrechner, wurde Linux zunächst einem Praxistest unterworfen. Kurze Zeit später wurde die erste Portierung des Leitsystems in den Produktkatalog aufgenommen.

Das Prozessleitsystem Aprol in seiner aktuellen Version ermöglicht einen skalierbaren Systemaufbau von der einfachen Visualisierungsaufgabe bis hin zu komplexen Großanlagen auf einer einheitlichen Systembasis. Die offene System- und Kommunikationsstruktur ermöglicht die Integration von bestehenden Anlagen und Fremdsystemen sowie den Datenaustausch zu Level-II- und Level-III-Systemen.

Zur Konfiguration und Programmierung der gesamten Anlagenautomatisierung ist mit Aprol nur noch eine Entwicklungsumgebung notwendig. Durch die Integration von Steuerungslogik, Bedienen und Beobachten, Trend und Meldesystem in Logikplänen und deren Abbildung in Hypermakros, wird eine Verbindung zwischen Darstellung und Funktion in grafischer Form erreicht. Diese Standardisierung ermöglicht eine effizientere Projektumsetzung und senkt somit die Engineering-Kosten. Das Aprol-System lässt sich für vielseitige Automatisierungslösungen einsetzen, vom Stahlwerk bis zur FDA qualifizierten Pharmaanlage.

Um weiterhin auf dem neuesten Stand zu bleiben, werden dem Aprol-System weitere Features angefügt werden wie Intra- und Internetanbindung für eine transparente Informationsverteilung, XML als Datenschnittstelle und WAP-Handys für eine mobile Alarmierung. Die Nutzung von Linux als leistungsstarke Basis des Systems wird dabei nicht mehr in Frage gestellt.

Die Merck KgaA betreibt zehn verschiedene Anlagen auf der Basis von Aprol. Die letzte Anlage wurde 1999 in Betrieb genommen. Mit dem Upgrade auf Aprol 2.0 1999 wurden die Programm- und Desktop-Oberflächen durchgängig so gestaltet, dass ein Benutzer, der sich auf den weitverbreiteten Microsoft Windows-Produkten auskennt, den Umstieg auf das Linux-Betriebssystem problemlos bewältigt.

Bereits 1996 entschied sich die Firma Merck KgaA, ein erstes Projekt mit Aprol umzusetzen. Das Unternehmen hatte bisher keine Linux-basierten Leitsysteme eingesetzt. Die Entscheidung für Aprol fiel in erster Linie aufgrund der vielschichtigen Systemeigenschaften. Die Vorteile der Systemstabilität waren Merkmale, die sich erst im Laufe der nachfolgenden Jahre herausstellten. Zunächst überzeugte die Modularität des Systems und die Möglichkeiten der Systemerweiterung durch Ausbau und Weiterverwendung bestehender Komponenten in neuer Funktion. Ein Argument für Aprol war die Durchgängigkeit des Engineering, die es erlaubt, objektorientierte Gedanken auch auf Produktionsanlagen anzuwenden. Visualisierung, Alarmierung, Trending und letztlich auch die Implementierung der Logik von Motoren, Ventilen oder Mischern, konnten mit einem Tool in einem Funktionsblock beschrieben und somit gekapselt werden.

Fehlerquellen und die teils zeitaufwendige Fehlersuche nach Inkonsistenzen zwischen der Automatisierungs- und der Visualisierungsdatenbank entfielen vollständig, da alle Daten gemeinsam in einer Datenbank nur einmal abgelegt werden. Die Forderungen der amerikanischen Kontrollbehörde FDA waren nun mit Unterstützung des Prozessleitsystems zu erfüllen. Features wie Zugriffskontrolle über eine Benutzerverwaltung, Aktionslogging oder automatisch erstellte Projektdokumentationen vereinfachten den Umgang mit der Prozessanlage.

Funktionale und technische Argumente haben den Ausschlag für den Einsatz des Leitsystems Aprol gegeben. Nach Jahren der Betriebserfahrung gibt es auch Argumente, die für die Betriebssicherheit des Betriebssystems Linux sprechen:

• Auf der Anlage X35 hat es seit ihrer Inbetriebnahme vor drei Jahren keinen systembedingten Stillstand gegeben. Einmal im Jahr wird ein vorgeschriebener Notaus-Test der gesamten Anlage durchgeführt.

• Wenn Probleme mit einzelnen Tasks aufgetreten sind, blieben diese dank dem Linux Multitasking-System immer auf diesen Prozess isoliert. Wechselwirkungen auf andere Softwaremodule oder gar den Systemkern fanden nicht statt.

• Die vom Prozessleitsystem Aprol voll adaptierten Remote-Maintenance-Fähigkeiten von Linux, erleichterten die Pflege eines laufenden Systems.

Halle 9.2, Stand F21-F23

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