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Mit vollintegrierter Softwarebasis

Komfortables Bedien- und Beobachtungssystem unter Windows NT
Mit vollintegrierter Softwarebasis

Das in Hardware, Software und Kommunikation modulare Konzept des Bedien- und Beobachtungssystems PC-CS erlaubt eine flexible Anpassung an alle AS- und Simatic-Systeme. PC-CS kommt dem Wunsch industrieller Anwender nach Standardkomponenten entgegen und macht selbstentwickelte Betriebssysteme und teure Spezialhardware verzichtbar.

Das Automatisierungssystem und die Mensch-Maschine-Schnittstelle (MMI), sprich das Bedien- und Beobachtungssystem, mußten bisher meist vom gleichen Hersteller bezogen werden. Dies führte mit der Zeit dazu, daß in einer zentralen Leitwarte mehrere Bedien- und Beobachtungssysteme unterschiedlicher Hersteller residierten. Wollte man zudem eine Betriebsdatenerfassung durchführen, war der Einsatz weiterer Systeme unumgänglich. Damit müssen mehrere Datenpools gepflegt werden, um auf allen Systemen optimal arbeiten zu können.

Abhilfe schafft beim PC-CS-System eine vollintegrierte Softwarebasis aus mehreren Programmen, die alle eine gemeinsame Datenbasis zur Informationsbeschaffung haben und entsprechende Schnittstellen (MMI) zur Informationsverarbeitung bieten. Die Programme lassen sich in die Bereiche zentrale Datenbeschaffung, Bedienen und Beobachten, Betriebsdatenerfassung und Engineering einordnen.
Bei PC-CS steht der Prozeß im Vordergrund. Das System ermöglicht zum einen ein problemloses Reagieren auf geänderte Anforderungen der Verfahrenstechnik und ist zum anderen auch „ohne Informatikstudium“ zu beherrschen.
Zentrale Datenbeschaffung
Die Datenbeschaffung basiert bei den Produkten der PC-CS-Produktreihe auf APACS (Abb. 1). APACS (Advanced Process Automation Coupling System) bietet dem Anwender eine Plattform, mit der er auf jedes beliebige Automatisierungssystem zugreifen kann, und dient dabei nicht nur zur zentralen Datenbeschaffung, sondern steuert auch Sonderfunktionen des unterlagerten Systems. Bei der Entwicklung des Systems wurde das primäre Ziel auf die Sicherheit und die Geschwindigkeit gelegt. Aus diesem Grund fiel die zentrale Datenhaltung via Datenbank aus dem konzeptionellen Unterbau heraus. Statt dessen wurde auf eine leistungsfähigere Art der Datenhaltung im Arbeitsspeicher des Systems zurückgegriffen. Der dadurch entstandene Verbrauch an Arbeitsspeicher im PC der jeweiligen Arbeitsstation fällt sogar wesentlich geringer aus, als man sich anhand dieser Beschreibung vorstellen mag. 2000 PLT-Stellen, von denen jede PLT-Stelle 50 dynamische Objekte darstellt, würden durchschnittlich 5 MB Arbeitsspeicher verbrauchen. Jede professionelle Datenbank benötigt als schnellen Zugriffsspeicher 4 MB RAM und leistet dabei gerade 20% dessen, was APACS zu leisten vermag.
Bedienen und Beobachten
Basierend auf den Erfahrungen mit den damaligen Bedien- und Beobachtungssystemen und dem Wunsch nach mehr Performance und Komfort, wurde die Entwicklung von PC-CS im Jahre 1991 gestartet. Das Release 1 (unter Windows 3.0) bestand wie auch heute noch aus drei miteinander kooperierenden Programmen:
• dem Symboleditor zur Erstellung von Symbolsätzen,
• dem PC-CS-Editor, mit dessen Hilfe komplexe Übersichts- und Bereichsstrukturen erstellt werden und der die komplette Projektierung von FRANZ (steht für freie Anzeigen, d. h. Prozeßbilder zur Darstellung des aktuellen Prozeßgeschehens), NORA (Normierte Anzeigen, d. h. standardisierte Bedienfelder zum Eingriff in den Prozeßablauf), MELD (zur Verwaltung von Meldungen) und KURV (zur Darstellung von binären und analogen Größen) erlaubt und
• das PC-CS-Koppelprogramm, das die Ankopplung an die Automatisierungssysteme realisiert.
Im Jahr 1995 wurde dann das Release 3 (unter Windows 3.11 und Windows 95) freigegeben. Das neue Release wurde an die geänderten Styles von Windows 95 angepaßt. Auch hier wurden Verbesserungen durch eigene Erfahrungen in der Ausführung von Projekten am Gesamtsystem vorgenommen. Die Neuentwicklung des Level 0 (der untersten Datenebene – die Prozeßkopplung) führte nochmals zu einer Beschleunigung des Koppelprogrammes.
Anfang des Jahres 1996 wurde dann mit der Bezeichnung PC-CS ein Bedien- und Beobachtungssystem vorgestellt, das alle Automatisierungssysteme unter Windows NT über den CS 275 ankoppeln konnte. Ein wichtiger Ausgangspunkte für PC-CS war, die Philosophie der „alten“ OS-Systeme beizubehalten. Auch heute findet „alteingesessenes“ Bedienpersonal seine gewohnte Umgebung wieder mit den Begriffen FRANZ, NORA, MELD und KURV. Das Alarm-, Melde- und Quittierkonzept der OS-Systeme wurde ebenfalls beibehalten.
In Verbindung mit Release 4 des Bedien- und Beobachtungssystemes, das auf der Achema 1997 der Industrie vorgestellt wurde, wurde der Begriff PC-CS als Synonym für integrierte Prozeßdatenerfassung und -verarbeitung geprägt.
Modul FRANZ
Das Modul FRANZ, eines der leistungsfähigsten Module von PC-CS, dient sozusagen als Regiezentrum zur Visualisierung des eigentlichen Prozeßgeschehens. Mit Hilfe dieses Moduls kann man sich jederzeit an einen laufenden Prozeß auf den AS-Systemen ankoppeln und diesen vom PC aus direkt beobachten und unter Zuhilfenahme der Bedienfelder bedienen, wobei auf dem Bildschirm das Prozeßbild mit allen Elementen wie Behältern, Ventilen, Pumpen, ect. angezeigt und dynamisch aktualisiert wird.
Alle Elemente eines Prozesses sind direkt über Sinnbilder vom PC aus bedienbar, so daß jederzeit die Kontrolle über das Prozeßgeschehen vorhanden ist. Um auch komplexe Anlagen mit PC-CS realisieren zu können, werden in FRANZ einzelne Prozeßbilder als Bereiche verwaltet. Maximal 32 dieser Bereiche können zu einer Übersicht zusammengefaßt werden, wobei maximal 256 verschiedene Übersichten zur Verfügung stehen. Dadurch wird es möglich, einen Prozeß in maximal 8192 Teilbilder zu zerlegen, die sich direkt über eine Übersicht aufrufen lassen.
Modul NORA
Die NORA der OS-Systeme wurde bei PC-CS in Form von Bedienfeldern realisiert. Wird ein dynamisches Objekt im FRANZ-Editor als bedienbar gekennzeichnet, so kann es mit dem Bedienfeld des angegebenen Bausteins verbunden werden. Dieses Bedienfeld kann nun aus dem FRANZ-Bereich heraus durch einfaches Anklicken des Objekts mit der Maus aufgerufen und als Fenster in FRANZ eingeblendet werden. Standardmäßig sind in PC-CS bereits Bedienfelder für alle Standardfunktionsbausteine vorhanden. Mit Hilfe des PC-CS-Editors ist es möglich, bereits bestehende Bedienfelder zu erweitern bzw. neue Bedienfelder für Anwenderfunktionsbausteine zu erstellen.
Modul KURV
Das KURV-Modul kann jeden beliebigen Analog- und Binärwert direkt aus den AS-Systemen auslesen, entweder über ein AKS/BKS-Telegramm oder direkt über den Bausteinparameter. Die Werte werden in einem Fenster graphisch dargestellt und können in Form von binären Datenbereichen archiviert werden.
TREND ist eine Sonderversion von KURV für die Anlagenbedienung. Die TREND-Fenster enthalten nicht so viele Detailinformationen wie die KURV-Fenster, dafür besitzen sie zusätzliche Eigenschaften. Im Gegensatz zum KURV-Fenster können mehrere TREND-Fenster mit je vier Analogwerten (von AKS-Telegrammen) gleichzeitig und in ihrer Position und Größe frei verändert werden. Wie bei KURV sind auch alle TREND-Einstellungen online projektierbar.
Die KonstruktionssoftwarePC-CS-Editor
Mit dem PC-CS-Editor werden die mit dem Symboleditor erstellten Symbole zu einem Prozeßbild bzw. Bereichsbild zusammengestellt. Außerdem bietet er mit seinen Standard-Werkzeugen zum Einfügen von Analogvariablen (in Digital- und Balkenform), AS-Strings (diese werden bei der Ankopplung des Systems eingelesen), Binär- und Alarmanzeigen und statischen Anzeigen wie Texten und Linien einen hohen Komfort.
Wie unter Windows gewohnt, kann ein ausgewähltes Objekt oder eine Objektgruppe frei auf dem Bildschirm positioniert oder in die Zwischenablage des Editors kopiert werden. Mit der Zwischenablage können beliebige Teile eines Bildes in ein anderes Bild übertragen werden. Die Objekte, die in einen Bereich eingebaut werden, lassen sich bequem durch einen Doppelklick bearbeiten. Neben diesen Standardfunktionen zur Erstellung eines Bereichsbildes bietet der PC-CS-Editor zusätzliche komfortable Hilfsmittel. Zum Beispiel wird das Positionieren der Objekte in den Bereichen durch ein flexibles Raster unterstützt, das nach Belieben skaliert, aktiviert und deaktiviert werden kann. Außerdem gibt es Funktionen, mit deren Hilfe Objekte aufgespürt werden können, die als dynamisch deklariert wurden, aber noch keine zulässige Projektierung für ein Automatisierungssystem besitzen. Zusätzlich zu den Hilfsmitteln bei der Erstellung von Bereichen existieren weitere Unterstützungstools, die es erleichtern, die Projektierung der einzelnen Objekte durchzuführen. Eines dieser Hilfsmittel ist z. B. die Meßstellenliste. In dieser können alle analogen und binären Meßstellen einer Anlage eingetragen werden. In den Objekten ist es dann durch einen einfachen Mausklick möglich, die projektierten Werte anhand der frei definierbaren Bezeichnung aus dieser Liste auszuwählen.
Sollte dennoch ein Meßwert nicht in dieser Liste enthalten sein, so unterstützt sofort die Parameterliste. In der Parameterliste stehen alle Standardfunktionsbausteine mit ihren Ein- und Ausgängen, inklusive der Bezeichnung. Diese Liste kann durch Anwenderfunktionsbausteine ergänzt werden. Auch für die Parameterliste ist in jedem Projektierungsfenster ein Schalter, um diese jederzeit aktivieren zu können.
Natürlich können mit dem PC-CS Editor zusätzlich zu den Projektierungen des FRANZ-Moduls auch die Projektierungen der Module MELD, KURV und NORA vorgenommen werden. Da das Modul NORA absolut identisch zu dem Modul FRANZ aufgebaut ist, wird man bei den anderen Modulen in der Projektierung genauso tatkräftig unterstützt. Ein Beispiel bietet hier die Projektierungsphase des Moduls MELD. Zur einfachen Projektierung von Meldungen wird eine Hinweisliste zur Verfügung gestellt.
Die Betriebsdatenerfassung
Der BDE-Server ermöglicht es, einen Kommunikationspfad von den Automatisierungssystemen bis zur Standardsoftware zur Erstellung von Tabellen und Reports zu flechten. Die Fähigkeiten des BDE-Servers gehen dabei über das einfache Erfassen von binären, analogen, Zeit- und Textdaten weit hinaus.
Die Projektierung des BDE-Servers ist einfach. Beim Anlegen einer neuen Meßstelle (die auch aus einer globalen Meßstellenliste stammen kann) werden der Archivierungszyklus, die Größe des Umlaufpuffers sowie spezielle Archivierungsattribute vergeben. Als Archivierungsattribut stehen z. B. Immer (Archiviert immer im angegebenen Zyklus), Zeitraum (Archivierung innerhalb eines Zeitraumes), Delta (archiviert den Wert, sobald er sich über eine definierte Grenze hinaus ändert) und AS-Bit (archiviert, wenn ein Steuerbit im AS gesetzt ist) zur Verfügung. Um nun die gespeicherten Werte zu verarbeiten, wird der Gebrauch der Microsoft-Office-Familie empfohlen. Durch eine Erweiterung der Makrosprache VBA durch den BDE-Server (den sogenannten BDE-Client) ist es so problemlos möglich, Werte aus dem BDE-Server abzufragen. Auch dabei wird man vom BDE-Server unterstützt. D. h. es existieren innerhalb des BDE-Servers Funktionen, die auf Anfrage beispielsweise den Mittelwert analoger Daten über einen Tag zurückliefern. Dabei ist es unabhängig, in welchem Zeitraster der Wert abgetastet wurde. Die Berechnung erfolgt automatisch mit der höchsten Genauigkeit. Auf diese Art kann man innerhalb weniger Minuten ein einfaches Protokoll mit Hilfe von Microsoft Excel erstellen, das die gewünschten Informationen liefert. Die Kommunikation mit den Automatisierungssystem läuft, wie bei allen anderen PC-CS-Produkten, über APACS.
Der PC-CS-Server
Der PC-CS-Server stellt das zukünftige Herzstück einer größeren Anzahl von Arbeitsstationen dar. Mit Hilfe dieses Systems ist es möglich, eine zentrale Datenhaltung und damit nur sehr wenige Übergänge zu den unterlagerten Bussystemen zu ermöglichen. Dies wird durch eine Client-Server- Struktur erreicht. In dieser Struktur kann es mehrere Server geben, die mit beliebig vielen Client-Stationen kommunizieren können. Als Client-Station kann jedes auf APACS basierende Softwareprodukt eingesetzt werden.
Der Einsatz eines Client-Server-Systems macht sich durch reduzierte Hardwarekosten (weniger Busanschaltbaugruppen) bezahlbar. Die Reduzierung der Buslast hat dabei besonderes Gewicht, ebenso die hohe Arbeitssicherheit durch redundante Auslegung. Praktisch beliebig viele Client-Systeme (theoretisch max. 200 gleichzeitig) können an einen Server angeschlossen werden. Dabei besteht die Möglichkeit, ein einzelnes Server-System oder auch einen Verbund von mehreren Servern zu benutzen.
Um die Sicherheit des Gesamtsystems zu erhöhen, ist es möglich, mehrere Server zu einem Cluster zu vereinen. Dieser Cluster wird dann nach dem Hot-Stand-By-Prinzip betrieben. Die Server verfügen dabei über eine vollredundante Datenhaltung und eine halb-redundate Kopplung. Das bedeutet, daß jeder Server über alle zur Prozeßkopplung notwendigen Daten verfügt, die aktive Kopplung jedoch nur von einem Server (Master) vollständig durchgeführt wird. Alle anderen Server erfassen zur Gewährleistung der Datenintegrität nur azyklische Signale (z. B. Alarme, Warnungen, Fehler, Störungen, usw.) direkt von den Automatisierungsgeräten.
Diese Vorgehensweise macht es möglich – bei minimaler Kommunikationsbelastung der Bus- und Automatisierungsysteme – die größtmögliche Sicherheit zu gewährleisten.
Engineering
Im Bereich des Engineerings wurde auf der Achema ein Tool vorgestellt, auf dem man über den CS-275-Bus für Teleperm-M die Automatisierungssysteme AS 220 S, AS 220 E und AS 235 strukturieren kann. Dieses Programm ist das virtuelle AS-Terminal der Produktreihe PC-CS. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die Software dieser Systeme auf der lokalen Festplatte des Arbeitsrechners zu sichern und somit den Überblick über die unterschiedlichen Versionstände der Systeme nicht zu verlieren. Zudem ist es möglich, einen Ausdruck des aktuellen Bildschirminhaltes des Terminals zu starten. Jeder beliebige Windows-Drucker kann für die Dokumentation herangezogen werden. Ein weiterer Vorteil des virtuellen AS-Terminal ist die Kopplung zu den Automatisierungssystemen. Wie alle Produkte der PC-CS Reihe basiert auch das virtuelle AS-Terminal auf APACS. Daraus resultierend besteht die Möglichkeit, das Terminal dierekt am CS-275 arbeiten zu lassen und per NET-APACS über den/die PC-CS-Server auf die Ressourcen zuzugreifen. Dies ist ein weiterer Schritt zur zentralen Datenhaltung.
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