In einer Hand

Dr. Frank-Thomas Mellert

Für die Implementierung eines Prozeßleitsystems auf der Grundlage eines Standardproduktes können die Anlagenbetreiber auf eigenes Personal zurückgreifen oder ein externes Unternehmen als Systemintegrator einsetzen. Eigenes Personal in ausreichender Anzahl zu beschäftigen, ist aufgrund des über die Zeit sehr schwankenden Arbeitsanfalls für viele Betriebe nicht ökonomisch. Man unterhält dann lediglich eine effiziente Abteilung für Projektkoordination und Instandhaltung und vergibt größere Planungs- und Realisierungsumfänge nach außen.

Systemintegratoren für Prozeßleit- und Automatisierungstechnik sind Unternehmen, die im wesentlichen die Planung und Realisierung von Prozeßleit- und Steuerungssystemen in einer Hand abwickeln können. Dazu gehört:

• die Pflichtenhefterstellung in enger Zusammenarbeit mit dem Betreiber,

• die Auswahl von Hardware und Standardsoftware für die Automatisierungs- und die Leitebene sowie die Beschaffung der Komponenten,

• die Elektrokonstruktion und Herstellung der Steuerungs- und Schaltanlagen,

• die Konfigurierung des Prozeßleitsystems,

• die Programmierung erforderlicher Schnittstellen sowie die Steuerungsprogrammierung,

• die Durchführung ausführlicher Werkstests,

• die Planung und Installation der Rechnernetzwerke ebenso wie die Installation und Inbetriebnahme an der Anlage sowie

• Service und Wartung und der sogenannte After Sales Service.

Werden alle genannten Aufgaben an einen Systemintegrator vergeben, so reduziert sich die Anzahl der Schnittstellen im Projekt, und der Projektmanagementaufwand beim Kunden wird wesentlich geringer als bei der Beauftragung mehrerer Lieferanten. Ebenso verringert sich das Risiko von Schnittstellenproblemen an Liefergrenzen. Voraussetzung für den Projekterfolg ist eine enge Zusammenarbeit zwischen dem Kunden und dem Systemintegrator.

Die Hersteller von Prozeßleitsystemen übernehmen in der Regel die Aufgabe eines Systemintegrators für ihre eigenen Produkte. Ein unabhängiger Systemintegrator ist demgegenüber nicht an die Systeme eines Herstellers gebunden. Er verfügt vielmehr über ein Portfolio von Kenntnissen über und Erfahrungen mit unterschiedlichen Steuerungs-, Prozeßleit- und Visualisierungssystemen am Markt. Bei der Bearbeitung einer Anfrage wird unter Beachtung der wesentlichen Randbedingungen des Projektes und der Kundenwünsche die günstigste Lösung bestimmt und vorgeschlagen. Die Auswahl der benötigten Hard- und Softwarekomponenten erfolgt unter voller Beachtung kundenseitiger Betriebsvorschriften.

Voraussetzung für die Akzeptanz der vom Systemintegrator empfohlenen Lösung ist der konsequente Einsatz von weit verbreiteten Industrie-Standardprodukten. Als wesentlicher Schritt in diese Richtung ist das Aufkommen von SPS-gestützten Prozeßleitsystemen zu werten. Dabei werden für die prozeßnahen Komponenten speicherprogrammierbare Steuerungen eingesetzt, die für vielfältige Aufgaben in der Automatisierungstechnik in weit größeren Stückzahlen hergestellt werden als die teilweise spezialisierten Module der klassischen Leitsysteme. Dies führt zu einer wesentlichen Kostensenkung.

Zur Realisierung der Komponenten für Anzeigen und Bedienen sowie für die Prozeßdatenarchivierung kommen PC-gestützte Systeme zum Einsatz. Auch hier wird damit eine Plattform genutzt, die in großen Stückzahlen gefertigt wird und daher ein günstiges Preis/Leistungsverhältnis bieten kann. Industrie-PCs, die speziell auf den rauhen Dauerbetrieb in der Produktion ausgelegt und trotzdem voll kompatibel zu den Standards sind, garantieren das nötige hohe Maß an Verfügbarkeit. Es stehen leistungsfähige Prozessoren, ausreichend große Arbeitsspeicherkapazitäten und weitgehend ausfallsichere Festplattensysteme zur Verfügung. Schnelle und betriebssichere lokale Netzwerke verbinden mehrere Arbeitsplätze und Server mit den unterlagerten Steuerungen zu einem homogenen Gesamtsystem. Bei Bedarf kann sowohl auf der Ebene der Steuerungen als auch beim Netzwerk, bei den Rechnersystemen und bei den Plattenspeichern mit Redundanzen gearbeitet werden, die Einzelausfälle von Komponenten tolerierbar machen. Der Grad der Redundanz läßt sich optimal an den Bedarf des Projektes anpassen. Für die Bedienung an der Anlage werden neben den üblichen Operatorpanels vollgrafische Terminals oder Industrie-PCs eingesetzt, die hochauflösende Farbgrafik gemäß Windows-Standard darstellen können. Unterschiedliche Gehäusebauformen bis hin zur überdruckgekapselten und fremdbelüfteten Variante für explosionsgefährdete Umgebungen stehen zur Verfügung. So lassen sich projektbezogen optimale Bedienoberflächen realisieren. Dies erhöht die Akzeptanz der Automatisierung und die Betriebssicherheit der Anlage.

Als Betriebssystem für vernetzte PCs und Industrie-PCs im Prozeßleitsystem setzt sich immer mehr MS Windows NT durch. Es bietet die notwendigen Funktionen und hat sich als stabil und zuverlässig erwiesen. Für die Datenhaltung der Konfigurierungs- und Prozeßdaten ist eine weit verbreitete relationale Datenbank günstig, deren Schnittstellen und Struktur offengelegt sein sollten. Auf diesen Grundlagen werden auf dem Markt verschiedene Prozeßvisualisierungs- und Prozeßleitsysteme angeboten. Zur Standardisierung und zur Reduktion des Projektierungsaufwandes verfügen einige der Systeme über technologische Module, die für spezielle Anwendungen vorgefertigte Automatisierungsobjekte sowohl auf der Visualisierungs- als auch auf der Steuerungsebene bereitstellen. Nach den NAMUR-Richtlinien sind z.B. für die Rezeptfahrweise verfahrenstechnischer Anlagen Einzelsteuerglieder, Grundfunktionen und Grundoperationen definiert, die man mit einem dafür eingerichteten Werkzeug innerhalb des Systems gemeinsam für Visualisierung und Steuerung konfigurieren kann. Dabei werden im optimalen Fall wesentliche Teile des zugehörigen SPS-Programms automatisch generiert. Ausgefeilte Meldesysteme, Module für Prozeßdatenarchivierung mit flexibler Kurvenanzeige sowie Protokollsysteme, speziell für die Chargendokumentation, stehen ebenfalls zur Verfügung.

Eine wichtige Forderung, die Betreiber wie Systemintegratoren an ein modernes Prozeßleitsystem stellen müssen, ist die nach Offenheit. Fehlende Funktionen müssen sich durch den Systemintegrator projektbezogen nachrüsten lassen, ohne das Systemkonzept zu beeinträchtigen. Um die Prozeßabläufe des Betreibers optimal zu unterstützen, sollen die Bedienoberflächen in weiten Grenzen frei gestaltet werden können. Dazu müssen im System entsprechende Softwareschnittstellen bereitgestellt und offengelegt sein.

Es ist weiterhin erforderlich, die erfaßten Produktions- und Prozeßdaten off-line mit den in der Bürowelt üblichen Softwarewerkzeugen wie Tabellenkalkulation, Textverarbeitung und Datenwerkzeugen bearbeiten zu können. Dadurch kann der Betreiber bei Bedarf eigene Auswertungen realisieren, ohne externe Unterstützung zu benötigen. Eine leistungsfähige SQL-Datenbank-Schnittstelle sowie entsprechende Exportfunktionen müssen hierzu im Prozeßleitsystem integriert sein. Vorhandene Einrichtungen, z.B. installierte Einzelgeräte mit Standardsteuerungen, sollen sich zur Übergabe von Prozeßdaten ohne Schnittstellenprobleme an das Leitsystem anschließen lassen. Hierzu muß das Leitsystem Netzwerkprotokolle nach Industriestandards unterstützen und den Anschluß von Fremdsteuerungen erlauben.

Schließlich erfordert die Einbindung der Prozeßleitsysteme in die betriebliche Datenverarbeitung standardisierte Kommunikationsschnittstellen, über die Auftragsdaten und Rezepturen übergeben und Betriebsdaten sowie Chargenprotokolle zurückgemeldet werden können. Im Hinblick auf die Vielzahl der installierten kaufmännischen EDV-Systeme ist hier ein Höchstmaß an Flexibilität notwendig. Prozeßleitsysteme auf der Grundlage von Windows NT bringen die dafür notwendigen Voraussetzungen mit.

Ein unabhängiger Systemintegrator realisiert derzeit nach den vorstehend beschriebenen Prinzipien die Automatisierung eines Technikums bei einem großen deutschen Hersteller von Pharmazeutika. Es wurde ein offenes komponentenorientiertes Prozeßleitsystem unter Windows NT ausgewählt, das die beschriebenen Anforderungen sehr weitgehend erfüllt. Als prozeßnahe Komponenten kommen Standard-SPS-Steuerungen zum Einsatz. Die Bedienung an den Teilanlagen erfolgt über grafische überdruckgekapselte Bedienterminals, die jeweils über Lichtwellenleiter an einen zugehörigen Industrie-PC angeschlossen sind. Die Bedienoberflächen sind in enger Zusammenarbeit mit dem Betreiber sorgfältig an die Anforderungen des betrieblichen Alltags angepaßt. Sie stehen, gesteuert über Benutzerberechtigungen, wahlweise an jedem Bedienplatz zur Verfügung. Die Aufzeichnung der prozeß- und chargenbezogenen Daten sowie von Meldungen und Alarmen erfolgt zentral auf einem Serversystem in einer Standard-SQL-Datenbank. Dabei werden auch die Daten von Package Units berücksichtigt, deren Steuerungen ebenfalls an das Automatisierungsnetzwerk angeschlossen werden. Die Konfigurierung der Automatisierungsobjekte und ihre Zusammenfassung zu Teilanlagen erzeugt automatisch wesentliche Teile der benötigten SPS-Programme. Das System ist modular erweiterbar.

Weitere Informationen cav-202