Schlüssel zur gläsernen Anlage

Dipl.-Ing. Jörg Wargowske

Die zunehmende Globalisierung führt auch in der chemischen Industrie zu tiefgreifenden Veränderungen in den Markt- und damit zwangsläufig in den Produktionsbedingungen. Im härter werdenden Wettbewerb muss die Branche sowohl im Hinblick auf innovative und anspruchsvolle Produkte als auch auf flexible und kostengünstige Produktionsverfahren bestehen. Neben dem stetigen Kostendruck zwingt die steigende Anlagenkomplexität zur Umrüstung konventioneller Produktionsverfahren auf modernste Automatisierungstechnik. So dringt die Feldbustechnik, die sich im Fertigungsbereich schon seit Jahren bewährt hat, immer mehr in große und sicherheitsrelevante Anlagenteile vor und wird in absehbarer Zeit auch in mittleren und kleinen verfahrenstechnischen Produktionsprozessen eingesetzt.

Die Erkenntnis, dass Information zu einem Produktionsfaktor geworden ist und sich ihre Transparenz und Integration zu einem wesentlichen Wettbewerbsfaktor entwickelt haben, besteht schon seit geraumer Zeit. Nicht umsonst boomt der gesamte E-Sektor. Das Internet bietet tatsächlich neue Möglichkeiten, Geschäftsabläufe zu vereinfachen, Partnerschaften zu Kunden und Lieferanten aufzubauen und damit die Leistung des Unternehmens zu steigern – und das nicht nur in den klassischen E-Bereichen Einkauf, Vertrieb und Marketing. Die neuen Web- und Internettechnologien haben auch in der Produktion Einzug gehalten, so z.B. das Kommunikationsmedium Ethernet TCP/IP, das aus dem Office-Bereich kommende Pendant der im Produktionsbereich eingesetzten Feldbussysteme. Die Gründe hierfür liegen weniger in der informationstechnischen Eignung von Ethernet TCP/IP, sondern vielmehr in der Verfügbarkeit einer Vielzahl von Hard- und Softwarekomponenten aus stückzahlintensiven Märkten, der Integration von TCP/IP in fast allen gängigen Betriebssystemen und damit einhergehend der Möglichkeit, Internettechnologien und Office-Applikationen auch für die Automatisierungstechnik nutzbar zu machen. Das bedeutet allerdings nicht, dass der Einsatz von Ethernet TCP/IP bis in den letzten Sensor aus technologischer und ökonomischer Sicht sinnvoll ist.

Die Anforderungen der Feldkommunikation lassen sich im Wesentlichen durch folgende anwendungsorientierte Grundeigenschaften beschreiben:

• Signale erfassen: Schnelle und einfache Erfassung der Signale der Prozessperipherie. Hierbei spielen die Einfachheit, die Handhabbarkeit sowie der Determinismus des Kommunikationssystems eine wesentliche Rolle.

• Gefahren beherrschen: Sicherheitsrelevante Informationen (z.B. Not-Aus) müssen über das Feldkommunikationssystem übertragen werden können, um gefahrbringende Reaktionen abzuwenden.

• Antriebe synchronisieren: Die schnelle und zeitgenaue Synchronisation ist existentiell für verteilte Regelungen.

• Welten verbinden: Schaffung einer durchgängigen Kommunikation zwischen dem Office und der Produktion.

Etablierte Feldbussysteme wie Interbus sind speziell im Hinblick auf diese Kriterien entwickelt worden. In Bezug auf Ethernet TCP/IP gibt es heute jedoch bei allen genannten Punkten Handlungsbedarf. Das heißt nicht, dass diese Kriterien prinzipiell nicht erfüllbar sind, sondern dass sie zur Zeit nicht befriedigend gelöst werden; als Beispiele seien hier IP-Adressmanagement, Kosten und schwer determinierbare Echtzeitfähigkeit genannt.

Unter dem Stichwort Webbased Management (WBM) wird aus Sicht des Anwenders zunächst ganz allgemein der Ansatz verstanden, auf ein Gerät mit Hilfe eines Web-Browsers (z.B. Netscape, Internet-Explorer) zuzugreifen (Abb. 1).

Der Browser ist ein plattformunabhängiges graphisches Benutzerinterface, das in der Regel Bestandteil von Windows- und UNIX-Betriebssystemen ist.

Der Anwendernutzen des WBM liegt auf der Hand, denn zur Konfiguration, Überwachung und Diagnose eines netzwerkfähigen Gerätes muss keine herstellerspezifische Software installiert werden.

Innerhalb des Netzwerkes ist auch der benutzte Rechner beliebig austauschbar. In der Automatisierungstechnik muss der Projektierer eine Vielzahl unterschiedlicher Geräte parametrieren, was häufig zur Installation vieler verschiedener Softwarepakete auf einem Rechner führt (Abb. 2).

Selbst innerhalb einer Klasse von Geräten hat jeder Hersteller seine eigene Bedienphilosophie und damit eigene Bedienprogramme.

Erschwerend kommt hinzu, dass heute viele Geräte parallel zum Netzwerkinterface über explizite Projektierungsschnittstellen (z. B. V24-Schnittstelle) verfügen. In der Inbetriebnahmephase hat dies beispielsweise zur Folge, dass sich der Projektierer mit seinen Bedienprogrammen auch noch von einem Gerät zum anderen bewegen muss.

Das WBM schafft hier Abhilfe: Zunächst müssen keine zusätzlichen Bedienprogramme installiert werden, sondern es wird das einheitliche und bekannte Browserinterface benutzt, das schon Bestandteil der Erstinstallation beispielsweise von Windows ist. In Verbindung mit Ethernet TCP/IP wird der Zugriff auf die Geräte von jeder Stelle des Intranets oder im Bedarfsfall auch des Internets aus möglich. Informationen und Management sind jederzeit und an jedem Ort verfügbar (Abb. 3).

Um die mit dem WBM einher gehenden Anwendervorteile durchgängig nutzbar zu machen, wurde beim Interbus zusätzlich zu dem Prozessdatenkanal ein Dienstzugangspunkt (engl. service access point) geschaffen, um TCP/IP-Datenverkehr übertragen zu können.

Besonders einfach ist die Situation bei Windows-basierten Geräten am Interbus, da hier der TCP/IP-Stack schon Bestandteil des Betriebssystems ist und über einen NDIS-Treiber mit dem entsprechenden SAP der Interbus-Anschaltung verbunden werden kann.

Alle TCP/IP-Anwendungen auf diesem Gerät bemerken keinen Unterschied, ob sie physikalisch am Ethernet oder am Interbus angeschlossen sind (Abb. 4).

Bei einer typischen Interbus-Konfiguration mit einer Schicht-2-Zykluszeit von 4 ms ergibt sich für den TCP/IP-SAP eine nutz-bare Datenrate von 16kBd; dies entspricht dem Niveau eines Internetzugangs mit Analogmodem. Bei einer Erhöhung der Interbus-Übertragungsrate von 500 kBd auf 2 MBd steigert sich die nutzbare Datenrate dementsprechend auf 64 kBd und damit ISDN-Qualität, und diese ist für die Konfiguration, das Monitoring oder die Diagnose einer Anlage ausreichend.

Durch die Kopplung von Ethernet und Interbus wird es möglich, von jedem Punkt des Intranets oder bei Bedarf auch des Internets eine Bedienung und Beobachtung von Geräten der Automatisierungstechnik durchzuführen.

Die Sinnhaftigkeit der Anbindung einer Anlage an das Internet ist im Einzelfall zu entscheiden; für die Verbindung zur Außenwelt stellt die IT-Welt hier verschiedene Sicherheitsmechanismen wie Firewalls, Passwort oder Call-back-Systeme zur Verfügung.

Ethernet TCP/IP wird in Zukunft Standardschnittstelle für dezentrale Steue-rungen und intelligente Feldgeräte sein und stellt damit das Rückgrat für die Verbindung von Anlagen- und Maschinenteilen dar. Interbus ist ein für die Belange der Prozessperipherie in Schaltschrank und Feld optimiertes Installationssystem, das aufgrund seiner Auslegung eine gute Wahl bei der Realisierung schneller zeitkritischer Maschinensteuerungen und bei der kostengünstigen Vernetzung einfacher Feldgeräte bleibt.

Interbus erweitert somit das Ethernet zur Kommunikation im prozessnahen Bereich und schafft damit die Voraussetzungen für eine durchgängige und transparente Kommunikation über alle Unternehmensebenen hinweg. So wird die Nutzung des Intra- oder Internets zur Inbetriebnahme und Wartung von Maschinen und Anlagen keine Utopie bleiben, sondern in absehbarer Zeit tatsächlich realisierbar sein.

E cav 241