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PC-basierte Prozeßleittechnik

Visualisierung und Bedienung im Ex-Bereich
PC-basierte Prozeßleittechnik

Verfahrenstechnische Prozesse werden heute vorwiegend durch speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) oder einen Verbund von SPS und Prozeßleitsystem gesteuert. Mit den immer anspruchsvolleren Aufgaben steigen auch die Anforderungen an Bedienung, Beobachtung und Verifikation vor Ort. Befinden sich die Prozesse auch noch im Ex-Bereich, sind Ex-taugliche Anzeige- und Bedienkomponenten erforderlich.

Stefan Sittel

Bei vielen manuellen und halbautomatischen Fertigungsschritten in der chemischen Industrie ist eine optimierte Bedienerführung mit automatischer Protokollierung erforderlich. Die Bandbreite der Prozeßleittechnik reicht von einfachen Mikrorechnern mit integrierter SPS-Funktionalität über Softwarelösungen auf Standard-PCs bis hin zu leistungsfähigen Prozeßleitsystemen mit mehreren Hierarchieebenen und einer weitverzweigten Netzwerkstruktur (Abb. 1). Abhängig von der Komplexität und der räumlichen Ausdehnung der zu steuernden Anlage sind die Anforderungen an das Bedienkonzept sehr unterschiedlich. Bei neueren Prozeßleitsystementwicklungen verwenden die Hersteller deshalb fast ausschließlich marktübliche Standardkomponenten zur Visualisierung und Bedienung. Dies sind vorwiegend PC-kompatible Rechner mit den Betriebssystemen MS-Windows (3.xx und NT4.0) oder UNIX (LINUX, SCO, …). Der PC parametriert dabei zum einen die Prozeßsysteme (Engineering-Stationen), zum anderen überwacht und steuert er die Prozesse (Visualisierungs-Stationen).
Mensch-Prozeß-Schnittstelle
Für den Anlagenplaner stellt sich die Frage, wie die Visualisierung kostengünstig erfolgen kann. Die Entscheidung erfolgt meist zwischen einfachen Bedienterminals mit einer zu programmierenden Ansteuerung bzw. der PC-basierten Bedienung ohne zusätzlichen Softwareaufwand. Am Arbeitsplatz des Anlagenfahrers ist daher immer öfter ein mit dem eigentlichen Prozeßrechner über eine Netzwerkschnittstelle verbundener PC zu finden.
Für viele Anwendungen reicht das Konzept des ausschließlichen Betriebs der Anlage aus einer zentralen, meist weit entfernten Warte nicht mehr aus. Soll die Visualisierung und Bedienung direkt an das Prozeßsystem gekoppelt werden, sind Bediensysteme mit den entsprechenden Hard- und Softwareschnittstellen des Leitsystems zu verwenden.
Vor-Ort-Anzeige und Steuerung
Für PC-basierte Prozeßstationen im Ex-Bereich der Zone 1 bieten sich die Komponenten der iPC-EX-Reihe an. Die Bedienkomponenten umfassen eigensichere LCD-Monitore mit 10,40- und 13,80-TFT-Display sowie mehrere Standard-PC-Folientastaturen (IP 65), vom Numerik-Pad bis hin zur 102-Tasten-Tastatur in verschiedenen Landessprachen. Auch die Ex- und industrietaugliche Mausbedienung ist möglich: hierzu stehen verschiedene eigensichere Maussysteme zur Wahl, eine IP65-Sensormaus und ein IP65-Trackball. Der zugehörige PC befindet sich im sicheren Bereich, wobei sich jeder handelsübliche Standard- oder Industrie-PC einsetzen läßt. Auf diesem kann dann, als Element im Netzwerk der Bedienstationen, direkt die Visualisierungs- und/oder Engineering-Software des Prozeßleitsystems installiert sein. Auch im Umfeld von UNIX-Betriebssystemen ist die Bedienung und Visualisierung des Prozesses ohne Softwareanpassung möglich, da diese eine reine Hardwarelösung ist und unabhängig vom verwendeten Betriebssystem funktioniert. Da die PC-Bedienkomponenten denen der Warte entsprechen, ist kein zusätzlicher Programmieraufwand, z. B. zum Erstellen der Prozeßbilder, nötig.
Einsatz von Barcodes im Prozeßablauf
Mit den eigensicheren Barcodelesern der Scanex-Reihe kann das Einlesen von Barcodes aller gängigen Arten erfolgen. Als Lesegeräte dienen eigensichere Handscanner und Lesestifte. Diese können direkt an eine COM-Schnittstelle angeschlossen oder in die Tastaturschnittstelle des PCs eingeschleift werden. Dazu bietet die iPC-EX-Reihe den notwendigen Multiplexer als integralen Bestandteil.
Installationsmöglichkeiten
Nahezu alle Bedien- und Engineeringstationen der Prozeßleitsysteme basieren derzeit auf PC-Hardware und MS-Windows NT 4.0. Über LAN sind diese Stationen untereinander und mit dem Prozeßrechner verbunden. Für den sicheren Bereich werden Industrie-PCs mit eigensicheren iPC-EX-Komponenten wie TFT-Farbdisplay, PC-Folientastatur und Rollkugelmaus vor Ort eingesetzt. Eingebaut sind die Komponenten in ein maßgeschneidertes Edelstahlgehäuse (Abb. 2). Dieses kann wegen seiner geringen Einbautiefe (28 cm) überall im Feld montiert werden. Für die einfache Installation bedarf es nur eines Datenkabels in den Ex-Bereich sowie einer 24-VDC-Versorgung. Die eigentliche Bedienung und Visualisierung erfolgt über die Prozeßbilder des Prozeßleitsystems. Die Ex-Komponenten lassen sich über Plug and Play anschließen. Ein zusätzlicher lokaler Monitor ermöglicht einen Simultanbetrieb beider Systeme.
Die Bildwiederholraten richten sich nach der Grafikkarte und dem Betriebssystem. Aufgrund der hohen Datenrate auf der Glasfaserverbindung in den Ex-Bereich ist es auch möglich, Vidoekameraanwendungen in das Übersichtsbild einzublenden.
Petrochemische Applikation
Eine etwas andere Einsatzmöglichkeit zeigt der Betrieb der eigensicheren iPC-Komponenten in einer petrochemischen Applikation. Dort werden direkt an mehreren komplexen Extruderanlagen 10,40-TFT-Farbdisplays angebracht, mit denen sowohl alle Parameter der Maschine farbig hinterlegt angezeigt als auch per Maus-Doppelklick Detailauskünfte abrufbar sind. Als Tastatur kommt hier lediglich ein PC-kompatibler Numerikblock zum Einsatz, da die hauptsächliche Bedienung mit einer auch im schmutzbelasteten Betriebsumfeld einsetzbaren Sensormaus erfolgt.
Eingebaut sind alle Komponenten in einem flachen Edelstahlgehäuse mit einer beweglichen Tragarmmontage, die eine Bedienung an verschiedenen Stellen der Maschine ermöglicht. Gleichzeitig läßt sich über vorhandene Sichtfenster der Prozeßablauf direkt überwachen. Angeschlossen sind die eigensicheren PC-Bedienkomponenten an einen 150 Meter entfernten PC im sicheren Bereich mit einer X-Terminal-Emulation unter Unix.
Anwendungen im Bereich Pharmaund Food
Verschiedene Pharma- und Foodunternehmen verwenden die iPC-EX-Komponenten unter GMP- bzw. FDA-Bedingungen. Hier stehen meist eine umfangreiche PC-Bedienung zur Protokollierung und Prozeßüberwachung, der Einsatz von Barcodelesern zur Betriebsdatenerfassung sowie das elektronische Chargenblatt im Vordergrund. Der Geräteaufbau muß den Reinraum- und Sterilraumbestimmungen genügen und geringe Schmutzablagermöglichkeiten bzw. eine leichte Reinigbarkeit gewährleisten. Dem kommt die unempfindliche Oberfläche der Edelstahlgehäuse, die Verwendung von TFT-Flachdisplays und Folientastaturen sowie einer gut reinigbaren Sensormaus entgegen. Durch die Eigensicherheit und die geringe Einbautiefe ist auch der direkte Einbau in eine sogenannte Pharmawand möglich.
In der Pharmaproduktion kommen häufig auch anwendungsspezifische Softwarelösungen mit Bedienoberflächen auf PC-Basis und marktüblichen Visualisierungssystemen zum Einsatz (z. B. Wonderware InTouch, Intellution FIX, CITECT, GENESIS, REFLECTION u. a.). Diese können direkt, ohne weitere Systemanpassung, mit den Elementen der iPC-EX-Reihe verwendet werden.
Produktpaletteumfangreich
Die umfangreiche Produktpalette an leistungsfähigen, eigensicheren Komponenten bietet die geforderte Funktionalität zur Prozeßsteuerung und Überwachung im Ex-Bereich der Zonen 1 und 2. Eine Softwareanpassung entfällt aufgrund der vollständigen PC-Kompatibilität. Durch die eigensichere Ausführung der Komponenten vereinfacht sich die Installation und Wartung erheblich, wodurch sich die Betriebssicherheit erhöht. Daraus resultiert eine Kostenreduzierung für das Ex-System. Hierzu trägt auch bei, daß nur eine Datenleitung sowie eine direkte Spannungsversorgung erforderlich ist. Ein früher notwendiger zusätzlicher Druckluftanschluß und der Einsatz von sehr großen voluminösen Spezialgehäusen entfällt.
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