Von der Schaltwarte zur Informationsdrehscheibe

Chargenverarbeitung nach ISA S88

Visualisierung von Prozessdaten ist heute keine isolierte Aufgabe; die Anzeigen sind teilweise mit leistungsfähigen PC-Komponenten ausgestattet, die bereits die Überwachung und Bedienung von Prozessen zulassen. Bei der Chargenverarbeitung (Batch Processing) können von hier aus neben der Anzeige und Überwachung die Bedienung einschließlich eines Batch-Managements nach ISA-S88 und die Programmierung der Sollwerte vorgenommen werden. Die Prozessdaten werden dabei laufend aufgezeichnet, darüber hinaus lassen sich die Rezepte verwalten. Die Vorschrift S88 der International Society for Measurement and Control (ISA) [4], seit kurzem als S88.01 neu formuliert, definiert eine für die Chargenfertigung spezifische Terminologie und legt die Strukturen einer einfachen Programmiersprache für die Steuerung von Chargenprozessen und die für eine einfache Kommunikation zwischen den verschiedenen Geräten erforderlichen Datenstrukturen fest. Schließlich wird eine konsistente "Architektur" eines Chargenprozesses modellhaft beschrieben, sowohl physikalisch als auch nach der Funktion.

Das Prozessleitsystem Simatic PCS 7 (Bild 2) der Siemens Automation and Drives [5] bietet in der neuen Version 6 als Erweiterung Funktionen für die Steuerung von Chargenprozessen ge-mäß der S88.01 und ein durchgängiges Klassenkonzept, mit dem sich neutrale Rezepte in Teilanlagen auf einfache Weise erstellen lassen. Darüber hinaus unterstützt eine Anwenderbibliothek die Verwaltung von Rezepten und Rezeptoperationen. Die Nürnberger Automatisierer gehen mit der neuen Version auf die CFR 21 ein und bieten mit einer laufenden Protokollierung von Rezepten und Rezeptoperationen sowie der Änderungen während der Produktion den dort geforderten "Audit Trail". Dem erforderlichen Zugriffsschutz wird mit einer auf Windows 2000 basierenden, anlagenweit zentralen Benutzerverwaltung entsprochen.

PCS 7 unterstützt in der neuen Version bis zu zwölf Server sowie bis zu 32 Clients je Server. Das "Mengengerüst" wurde auf 5000 PLT-Stellen (Prozess-Leit-Technik) je Server angehoben; im Vollausbau können damit 60 000 PLT-Stellen bedient werden. Für die Speicherung und Verwaltung der erfassten Daten – 5000 Prozesswerte/s können archiviert und "Meldeschauer" mit ca. 15 000 Meldungen in 10 s beherrscht werden – wird ein Archivsystem auf Basis des SQL-Servers von Microsoft eingesetzt. Um auch für den Bediener die größeren Mengengerüste und das Meldeaufkommen übersichtlich zu gestalten, können zu den "Meldeklassen" zusätzlich "Meldeprioritäten" vergeben werden. Mit den Funktionen "Loop in Alarm" und "Bildanwahl über Messstelle" kann sich der Bediener per "Mausklick" direkt in das zugehörige Prozessbild führen lassen.

Das Management der Feldgeräte

Um von einer Leitwarte die Geräte der Feldebene umfassend zu managen, muss der Zugriff auf diese in einheitlicher Weise möglich sein. In einer typischen Anlage kommen die Feldgeräte in aller Regel nicht nur von den verschiedensten Herstellern, sondern stammen auch aus verschiedenen Generationen. Darüber hinaus sind in einem System unterschiedliche Feldbusse im Einsatz, in einer Anlage aus unterschiedlichen Prozesskomponenten werden u.U. Systeme von HART, PROFIbus, Fieldbus Foundation etc. in der Steuerungsebene zusammengefasst.

Mit der Einführung der PC-basierten Automatisierungstechnik sanken die Kosten für die "informationstechnische Aufrüstung" von Sensoren und Aktoren im Feld so erheblich, dass über die Echtzeit-Daten hinaus der vollständige Parametersatz der internen Feldgerätesteuerung und zusätzliche Betriebs- und Gerätedaten aufbereitet werden konnten. In der Folgezeit entwickelten die Hersteller eine Vielzahl nützlicher Programme, die als individuelle "Field Tools" den Anwender dazu zwangen, sich mit den herstellerspezifischen Prozeduren und Darstellungsformen auseinanderzusetzen und u.U. die Geräte in einer Tiefe und mit einem Aufwand konfigurieren zu müssen, dem die Bedeutung des Sensors oder Aktors im System nicht entsprach.

1998 wurde im Rahmen einer Initiative einiger Leitsystem- und Gerätehersteller das Konzept eines "Field Device Tools" (FDT) entwickelt, das dann unter dem Dach des ZVEI [6] und der PROFIbus Nutzerorganisation [7] weiterentwickelt wurde. Die zentrale Komponente dieses Konzeptes ist der so genannte "Device Type Manager" (DTM), ein Gerätetreiber, den ein Hersteller mit seinem Gerät zur Verfügung stellen muss. Dieser Treiber stellt über die standardisierte FDT-Schnittstelle den Zugriff auf die Funktionen des Gerätes sicher. Der Zugriff selbst erfolgt über eine FDT-Rahmenapplikation, d.h. Engineering-Werkzeuge, die als "Container" die DTMs aller Geräte einer Anlage enthalten. Der Zugang selbst erfolgt über Kommunikations-DTMs (CommDTM), die den DTMs einen Kommunikationskanal für den Datenaustausch mit den Geräten zur Verfügung stellen. CommDTMs sind für die unterschiedlichsten Feldbusse erhältlich; wesentlich ist, dass sie den DTMs eine einheitliche Schnittstelle präsentieren, unabhängig vom darunterliegenden Feldbus-Protokoll; sie "kapseln" die Eigenschaften des Feldbusses. Einen "universellen" CommDTM stellt z.B. der HSEdtm von Softing [8] dar, mit dem u.a. eine Kopplung von FDT-Geräten zu "Foundation Fieldbus"-Geräten realisiert werden konnte.

Im Jahr 1999 startete Pepperl + Fuchs [9] mit der Gründung des "PACTware"-Konsortiums [10] ein Projekt mit dem Ziel, das bestehende Tool gleichen Namens so weiterzuentwickeln, dass jeder Hersteller seine Geräte damit steuern und evtl. auch adaptieren kann. Mittlerweile sind 17 Firmen dem Konsortium beigetreten, das die weitere Entwicklung von PACTware unterstützt und sich mittlerweile auch um die Spezifikation, die Standardisierung, den Test, die Verbreitung und die Weiterentwicklung von FDT bemüht. PACTware stellt in diesem Zusammenhang eine FDT-Rahmenapplikation dar, die alle DTMs einer Anlage integriert und verwaltet. Die offengelegten Spe-zifikationen umfassen zusätzlich einen "Style Guide", mit dem sich wenigstens eine einheitliche Bedienabfolge gemäß der VDI/VDE-Richtlinie 2187 "Einheitliche Anzeige- und Bedienoberfläche für digitale Feldgeräte" sicherstellen lässt.

Die Vorteile von PACTware zeigen sich bereits dann, wenn ein Unternehmen – wie kürzlich die VEGA Grieshaber KG [11] – die Bedienung seiner Geräte vereinheitlichen will. Unter dem Namen "plics" (Bild 3) hat der Sensorhersteller ein Baukastensystem geschaffen, bei dem neun unterschiedliche physikalische Messprinzipien und eine Vielzahl von Prozessanschlüssen integriert wurden. Für die einheitliche Bedienung des vollständigen Parametersatzes aller Geräte wurde das FDT-Verfahren eingesetzt.

1. Von der Schaltwarte zur Informationsdrehscheibe
2. Chargenverarbeitung nach ISA S88
3. Dezentrale Automatisierung stellt neue Aufgaben
4. Beim Simulieren ausprobieren