Netzwerk-Terminal auf PC-Basis

Stefan Sittel

Die Prozessindustrie verlangt zunehmend nach übersichtlicheren Anzeige- und Bedienmöglichkeiten für die immer komplexeren und aufwändigeren Fertigungsanlagen. Für die Visualisierung, Steuerung und Überwachung von Prozessabläufen bedeutet dies, dass die Anzeigekomplexität und die Fülle der dahinter liegenden Bedienfunktionen immer höhere Ansprüche an die Bediengeräte stellen. Dabei spielen vor allem die Projektierungskosten eine gewichtige Rolle. Das führt dazu, dass diese Anzeigegeräte größere Displays und Farbgrafik erhalten, und dass immer häufiger der Touchscreen für die einfache Bedienung zum Einsatz kommt. Da sich die Betriebssysteme Win-dows und Unix, meist in Form von Linux, als Zielsystembasis für die bekanntesten Visualisierungsprogramme etabliert haben, ist daher auch die Verwendung des PCs als standardisierte Hardware-Plattform für Bediengeräte in dieser Leistungsklasse ein Muss.

Ein wichtiger Aspekt ist daher die Einbindung der Bedienterminals in die jeweilige Verbindungstopologie. Dies erfordert die Verfügbarkeit unterschiedlicher Kommunikationsschnittstellen für die jeweilige Anwendung. Neben der seriellen Punkt-zu-Punkt-Kommunikation mit einfachen Protokollen oder den Feldbussystemen, wird die Kommunikation über ethernetbasierte Protokolle immer bedeutender. Nimmt man noch die Anforderungen an die Darstellung, die Leistungsfähigkeit der PC-Hardware für die Visualisierungspakete und Steuerprogramme, deren Speicherbedarf und die Anforderungen aus dem Einsatzort hinzu, ergibt sich daraus ein Panel-PC mit integriertem Display. Aufgrund des Einsatzes in der Prozessindustrie muss dieser Panel-PC auch die Anforderungen des Explosionsschutzes erfüllen und nach den heute gültigen europäischen Atex-Normen zugelassen sein.

Ein Vertreter dieser Panel-PC-Geräteklasse für den Ex-Bereich ist der PCEX 410 von Extec. Der flache Panel-PC ist konzipiert für den Einbau in eine Schalttafel oder in ein Aufbaugehäuse. Mit seinem lüfterlosen 400-MHz-PC-Prozessor, 256 MB RAM und einer 20-GB-Festplatte ist er für die Anforderungen der Softwarepakete als Vor-Ort-Bedien- und Anzeigeterminal, als Software-SPS, als Client in einem Netzwerk oder als Web-Terminal bestens gerüstet. Sein kontrastreiches 10,4“-TFT-Farbdisplay mit eigensicherem Touchscreen zur Cursorsteuerung, die 24 Funktionstasten mit beschriftbarem Einschubstreifen und Leuchtdioden und die numerischen Eingabetasten erlauben die sehr gute Bedienung der zu visualisierenden Prozesse. Für die Buchstabeneingabe stehen sowohl eine über Tastendruck im Bildschirm eingeblendete Pop-Up-Tastatur als auch Funktionstasten zur Verfügung.

Für den Einsatz in der rauen Industrieumgebung ist die Aluminium-Frontplatte mit Kurzhubtasten und Polyesterfolie in der Schutzart IP 65 ausgeführt.

Im Panel-PC PCEX 410 sind mehrere Schnittstellen für die Kommunikation integriert: eine serielle RS485- oder TTY-Schnittstelle, um über große Distanzen mit einer Steuerung oder einer Anlage zu kommunizieren. Weiterhin eine 100-Base-TX-Fast-Ethernet-Netzwerk-Schnittstelle, um z. B. über TCP/IP mit der Anlage direkt, über Intranet mit dem Prozessleitsystem oder über das Internet Daten auszutauschen. Alle Schnittstellen werden über eine in erhöhter Sicherheit ausgeführte Klemmleiste an der Geräterückseite angeschlossen und können somit direkt mit der Prozesssteuerung im sicheren Bereich verbunden werden. Für die Inbetriebnahme ist eine USB-Schnittstelle integriert, über die Softwarepakete auf dem Panel-PC installiert werden können, zum Beispiel über ein externes USB-CD-Laufwerk. An den drei integrierten eigensicheren seriellen Schnittstellen können bei Bedarf eine Exi-Zusatztastatur, eine Exi-Maus oder ein Exi-Bar- codeleser zur erweiterten Datenerfassung angeschlossen werden.

Als vorinstalliertes Betriebssystem wird Microsoft Windows XP embedded oder Linux angeboten, andere PC-Betriebssysteme können installiert werden. Damit steht eine breite Betriebssystembasis zur Verfügung, für die es am Markt eine große Zahl von Standard-Applikationsprogrammen für Visualisierung, Datenerfassung, Datenverarbeitung, Datenkommunikation, Steuerung und Internetzugang gibt.

Durch die Zulassung für den Ex-Bereich, die verwendete Standard-PC-Plattform mit einer hohen Rechenleistung, die Schnittstellenvarianten zur Prozesskopplung und durch die eigensicheren Peripherieschnittstellen gibt es für den PCEX-410-Panel-PC ein sehr weites Anwendungsspektrum.

Der Panel-PC PCEX 410 kann als normales Bedienterminal mit einer seriellen Punkt-zu-Punkt-Kopplung zwischen Bedienterminal und SPS, zum Beispiel an einer Zentrifugensteuerung, verwendet werden. Über die serielle RS485-Schnittstelle werden die sich ändernden Prozessvariablen zum Beispiel über das DH485-Protokoll mit einer Allen-Bradley-Steuerung ausgetauscht. Im PCEX 410 ist eine Applikation geladen, die mit dem Scada-Programmpaket von Wonderware als Bedienoberfläche den Prozessverlauf darstellt und dem Bediener über ein Passwort Zugang zur manuellen Fahrweise der Zentrifuge erlaubt.

In einer anderen Anwendung wird die Bedienung einer LKW-Ladestation in einer Chemieanlage mit einer Siemens-S7-SPS gesteuert. Über eine Seriell-zu-Profibus-DP-Bridge ist der Panel-PC mit dem Profibus-DP-Feldbus einer Siemens-SPS verbunden und kann die notwendigen Daten austauschen. Als Applikation läuft die Visualisierung mit ProTool/Pro von Siemens auf dem Panel-PC. Direkt am PCEX 410 ist ein eigensicherer stationärer Barcodeleser angeschlossen und über eine zweite Applikation wird das Bedienterminal mit dem Automatisierungsnetzwerk verbunden. Diese überträgt über Ethernet und TCP/IP die Zugangsdaten, Auftragsnummer und Produktfreigabe an das Prozesssystem zur Legitimation und Protokollierung. Die SPS wählt dann die entsprechende Bedienseite aus und erteilt die Produktfreigaben und weitere Informationen für den Fahrer des Tanklastzugs.

In einer typischen Client/Server-Anwendung werden in einer von einem Prozessleitsystem gesteuerten und als Zone 1 klassifizierten Produktionsanlage der Pharmaindustrie mehrere Bedienterminals in der Anlage verwendet. Alle sind über Ethernet und TCP/IP mit dem Leitsystem verbunden. Auf den PCEX 410 läuft als Applikation die kundenspezifisch projektierte Bedienoberfläche des Scada-Systems des Prozessleitsystem-Herstellers. Sie wurde zuvor zusammen mit den Bedienseiten für die Warte vom Systemintegrator mit dem gleichen Softwarepaket erstellt. Die in der Anlage verteilten Panel-PC zur Bedienung und Überwachung der teilweise manuellen Fertigungsschritte sind hier Clients in einer ethernetbasierten Client/Server-Architektur. Hier kann die Datenbank zentral auf dem Server liegen oder, je nach Parametrierung des Gesamtsystems, auf mehrere Rechner verteilt sein.

Ein Anwendungsbeispiel, das sich ebenfalls immer größerer Beliebtheit erfreut, ist die Reduzierung der Vor-Ort-Funktionalität im Panel-PC auf ein reines Netzwerk-Terminal im Ex-Bereich. In der verteilten und über Intranet gekoppelten Steuerung einer chemischen Anlage werden Daten für die Bedienterminals bereitgestellt und von ihnen empfangen. Die Bedienterminals selbst haben als Applikation einen Browser gestartet, zum Beispiel auf Basis des Microsoft Internet Explorers, der über Ethernet und die freigegebene TCP/IP-Adresse die Bedienseite mitsamt den aktuellen Daten direkt vom Netzwerk-Server abholt. Damit ist die Bedienung und Beobachtung weitestgehend ortsunabhängig. Lediglich ein Zugang zum Intranet bzw. Internet bei geeigneter Firewall ist notwendig. Der Bediener sieht aufgrund seiner Kennung und der hinterlegten Rechte nur Teile der eigenen Anlage, alle Anlagen des Betriebs oder er erhält über Internet die Möglichkeit, seine Anlagen in weit entfernten Orten überall auf der Welt beobachten zu können. Dies ist insbesondere für Servicefälle und vernetzte Produktionen von Vorteil.

cav 403

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