Offene Automatisierungslösung

Bei der Boehringer-Anlage handelt es sich um fünf Rührwerksapparate, Nebenanlagen sowie Package Units, die im Normalfall nicht in Rezepturfahrweise betrieben werden. Die Anlage unterliegt dem Explosionsschutz, und die Leitsystem-Hardware wird teilweise in EEx-Zonen betrieben.

Entsprechend dem Hausstandard des Betreibers wurden als prozessnahe Komponenten vier S5-Steuerungen vom Typ 155U eingesetzt. Darüber hinaus galt es, die anlagenspezifische Forderung nach einer EEx-Trennung, die der S5-E/A-Ebene nachgeschaltet ist, zu erfüllen.

Die S5 steuern fünf Rührwerksapparate (250 bis 1500 l) sowie als Nebenanlagen zwei Trockenschränke, den Prozesswäscher, die Kondensatsammlung und -kühlung, die Heißdampfreduzierung und -sättigung, die Warmwasser-Versorgung, die Wärmeträgeranlage und die Wasserring-Vakuumpumpen. Darüber hinaus werden sechs Package Units betrieben: Kälteanlage, Zentrifuge, Trockner, Filtertrockner, Vakuumpumpen und Lüftungsanlage. Die Package Units verfügen über eigene Steuerungen, die zwecks Visualisierung, Protokollierung von Fehlermeldungen und Erfassung von Chargendaten an das Leitsystem anzubinden waren. Die Steuerung der Lüftungsanlage wurde vom Systemintegrator selbst programmiert.

Die Bedienebene wurde auf IPC-Basis ausgeführt. Sie umfasst fünf PCs zur Bedienung der Rührwerksapparate sowie zwei PCs, mit denen, variabel aufschaltbar, die Nebenanlagen bedient werden. Eine zusätzliche zentrale Bedienstation richtete man für das Meisterbüro ein. Alle PCs sind im Nicht-EEx-Bereich in Schaltschränken untergebracht. Die zugehörigen EEx-fähigen Bedienterminals, die eine hochauflösende vollgrafische Bedienoberfläche bieten, sind über Lichtwellenleiter mit den PCs verbunden.

Der Server ist als Standard-IPC mit MO- und Bandlaufwerk, Protokolldrucker und Farbgrafik-Drucker ausgestattet. Er übernimmt die Datenspeicherung und -archivierung für das Chargenprotokoll sowie die Speicherung der Rezepte und Sicherungskopien der Leitsystemsoftware.

Für das Netzwerk wurde eine strukturierte Verkabelung auf der Basis von Industrial Ethernet gewählt. Auch die Package Units sind über das Ethernet-LAN an das Leitsystem angebunden. Das System insgesamt ist an eine zentrale unterbrechungsfreie Spannungsversorgung angeschlossen.

Als Betriebssystem für die PCs wurde MS-Windows NT gewählt, als Datenbank wird der MS SQL-Server eingesetzt. Sowohl auf den PCs als auch auf den S5-Prozessoren läuft eine Standard-Leitsystem-Software. Für die Fernbedienung und Ferndiagnose wird auf allen PCs das verbreitete Software-Paket PC-Anywhere eingesetzt.

Bei der Erstellung der gesamten anlagenspezifischen Software-Applikation wurde größter Wert auf Komfort und Sicherheit gelegt. Das heißt, dass sowohl eine bedienerorientierte Prozessdaten-Eingabe, -Verwaltung und -Protokollierung als auch eine sichere Bedienerführung und der Ausschluss von Fehlbedienungen durch Verriegelungen angestrebt wurden. Einige Beispiele sollen die Umsetzung dieser spezifischen Anforderungen veranschaulichen.

• Fehlervermeidung

Im Technikumsbetrieb werden die Grundfunktionen normalerweise von Hand ausgelöst. Um angesichts der komplexen Parametrierung der Abläufe dennoch eine möglichst umfassende Vermeidung von Bedienfehlern zu garantieren, erfolgt die Auslösung einer Grundfunktion erst nachdem das System vom Bediener alle relevanten Sollwerte abgefragt hat.

• Chargenprotokollierung

Die Eingabe, Visualisierung und Protokollierung aller Prozessdaten geschieht anwendungsspezifisch chargenorientiert. Messwerte, Alarme, Betriebsmeldungen, Bedienereingriffe, Soll- und Istwerte beim Schrittwechsel innerhalb einer Grundfunktion werden in einem Chargenprotokoll festgehalten und können jederzeit unter der Chargenbezeichnung wieder abgerufen werden.

• Trenddarstellung der Chargendaten

Besonders komfortabel wurde die Trenddarstellung der Chargenwerte ausgeführt. Der Bediener kann von ihm ausgewählte Messwerte einer Charge in einem Trenddiagramm anzeigen lassen. Zur Auswertung können auch der zeitliche Verlauf bestimmter Messwerte verschiedener Chargen parallel angezeigt und bequem verglichen werden. Der Export von Messwerten in beispielsweise Excel-Tabellen ist problemlos möglich.

• Meldungsarchiv

Während des Ablaufs einer Charge werden alle auftretenden Alarme und Meldungen erfasst und chronologisch geordnet abgelegt. Zur Prozessüberwachung kann diese Ablage unter Verwendung von Meldungsfiltern am Vor-Ort-Bedienteil eingesehen werden.

• Zuordnung der Bedienterminals

Durch eine spezielle Erweiterung der Leitsystem-Software ist es möglich, jedes Bedienterminal einer beliebigen Teilanlage zuzuordnen. Diese Funktion erhöht die Sicherheit der Gesamtanlage, da bei Ausfall eines Terminals eine begonnene Bedienung von einem anderen Bedienteil aus fortgesetzt werden kann.

• Komfortable Systemkonfiguration

Durch das Software-Konzept des Leitsystems reduziert sich die SPS-Programmierung und Parametrierung auf ein Minimum. In objektorientierter Schrittkettenprogrammierung können typische Leitsystem-Funktionen für beliebige Automatisierungsobjekte bequem und zeitsparend konfiguriert werden.

• Zustandsautomaten

Komplexe Regelungsanwendungen wurden mit einer im Hause des Systemintegrators entwickelten kompakten Darstellung von endlichen Zustandsautomaten programmiert. Diese bilden eine übergeordnete Steuerungsebene, von der aus unterlagerte Standard-Regler angesteuert werden. Diese Zustandsautomaten werden online visualisiert und stellen den aktuellen Status einer Regelfunktion anschaulich dar.

• Zusatzmodul Rezepturfahrweise

Auf Wunsch wurde ein Modul zur Rezepturfahrweise integriert. Dieses Modul erlaubt es, auf Basis der Grundfunktionen und unter Berücksichtigung aller relevanten Sollwerte und Fahrweisen Rezepte zu definieren und später automatisch abarbeiten zu lassen.

• Grundfunktions-Bedienelement

Für die Grundfunktions-Bedienung wurde ein einheitliches Bedienelement für die Operationen Start, Stop und Pause sowie eventuelle Fahrweisen entwickelt. In dieses Bedienelement ist eine Statusanzeige integriert, die in Kurzform über den gerade ausgeführten Schritt informiert.

Die gezielte Auswahl der Standardkomponenten auf der Basis langjähriger Applikationserfahrung bietet eine Reihe technischer und wirtschaftlicher Vorteile. Zum einen verringern sich die Investitionskosten erheblich, zum anderen macht sich der Betreiber weitgehend unabhängig von den Liefer- und Produktionsbedingungen einzelner Hersteller. Die gewählten Soft- und Hardware-Lösungen haben ihre Zuverlässigkeit und Leistungsstärke bereits erwiesen und lassen sich relativ problemlos in die kundenseitig vorhandene Automatisierungsumgebung integrieren. Der Rückgriff auf Windows NT bietet eine bekannte und ergonomische Bedienoberfläche. Dadurch reduziert sich die Einarbeitungszeit, während zugleich die Bediensicherheit erhöht wird. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht in der langfristigen Flexibilität und Ausbaufähigkeit der Anlage.

Der Systemintegrator zeichnete sich für das gesamte Projekt Leitsystem verantwortlich. Die Lieferungen und Leistungen umfassten im Wesentlichen:

• Erstellung eines Pflichtenheftes,

• Konstruktion, Bau und Lieferung der Schaltschränke für PC und PNK,

• Bau und Komplett-Lieferung der VS-Schränke, der Frequenzumrichter und der AE-Schränke für die EEx-Trennung,

• Installation, Konfigurierung und Programmierung der gesamten Leitsystem-Software,

• Programmierung und Installation eines Schnittstellentreibers zum Anschluss der Package Units an das Leitsystem,

• Teilweise Durchführung der Installation Qualification im Rahmen eines ausführlichen Werkstests mit dem Endkunden,

• Inbetriebnahme des gesamten Leistsystem bei Boehringer Ingelheim,

• Schulung, Systemdokumentation und Bedienerhandbücher.

Bedingt durch den kompletten Neuaufbau des Technikums wurde das Leitsystem schrittweise in Betrieb genommen. Durch die umfangreichen und verlässlichen Vortests des Leitsystems konnten die einzelnen Inbetriebnahmeschritte in kurzer Zeit ausgeführt werden. Die sukzessive Vervollständigung der Anlage wird durch das Leitsystem voll unterstützt, so dass bereits in Betrieb genommene Anlagenteile problemlos weiterliefen, während parallel dazu neue Komponenten integriert wurden.

Da Planung und Lieferung des Leitsystems komplett in der Hand des Systemintegrators lagen, ließen sich die Schnittstellen zur Anlagenumgebung systematisch minimieren und anwendungsspezifisch anpassen. Dies sparte sowohl bei der Inbetriebnahme als auch im späteren Betrieb der Anlagen Zeit und Kosten.

Halle 9.2, Stand B26

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