Informationsbarriere überwinden PA-System verbindet Eigenschaften von DCS und SPS

Damit Informationen in einer Produktionsumgebung übertragen werden können, müssen die Applikationen integriert werden. Etwaige Barrieren zwischen den Anwendungen werden üblicherweise mit Gateways und Verbindungsgeräten überbrückt, was allerdings zeit- und kostenaufwendig ist und häufig nur einen sehr rudimentären Informationsaustausch zulässt. Eine Alternative wäre die Verwendung einer einheitlichen, die gesamte Fabrik erfassenden Plattform. Die Frage ist jedoch, ob ein und dasselbe Steuerungssystem wirklich für prozessorientierte und sequenzielle Steuerungs-Applikationen eingesetzt werden und dabei die unterschiedlichen Branchen von der pharmazeutischen Industrie über die Nahrungsmittel, Getränke und Brauindustrie bis hin zu speziellen Chemie und Halbleiterfabriken abdecken kann. Die Antwort lautet \’ja\‘. Eine integrierte, interdisziplinäre Steuerungsplattform ist in der Lage, die Informationsbarriere zwischen prozessorientierten und diskreten Applikationen auf effiziente Weise zu überbrücken. Ein integriertes System verbessert einerseits die Steuerung der einzelnen Applikationen und integriert andererseits die Daten so, dass die Werksleiter die Betriebskosten senken, die Qualität verbessern und die Produktivität steigern können. SPS oder DCS? Die eigentliche Frage aber lautet: \“Welche Steuerungsplattform soll zum Einsatz kommen?\“ Sowohl ein dezentrales Steuerungssystem (Distributed Control System, DCS) als auch eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) lesen Eingangswerte ein, nehmen Berechnungen vor und geben Ausgangswerte aus. DCS-Lösungen allerdings sind mittlerweile in Prozessautomatisierungs-Applikationen eine feste Größe. Sie nehmen fortlaufend E/A-Scans vor, führen Algorithmen aus und werden deshalb als \’zeitbasierte\‘ Systeme eingestuft. DCS-basierte Systeme führen komplexere mathematische Berechnungen aus als SPS-basierte Systeme und reagieren daher langsamer. Sie werden vorwiegend für die Steuerung von Fertigungsprozessen verwendet, die eher nach Genauigkeit als nach hoher Geschwindigkeit verlangen. Wenn beispielsweise eine DCS-Steuerung mit einer Scan-Rate von einer Sekunde arbeitet und die interne Verarbeitung der E/A-Algorithmen nach 600ms abgeschlossen ist, wartet die Steuerung 400ms, bevor der nächste 1s-Scan beginnt. Eine SPS-Lösung würde dagegen den nächsten Scan am 600ms-Punkt beginnen. Mit zunehmendem Alter dieser proprietären Hard- und Softwareplattformen kann deren Pflege zu einer großen Herausforderung werden. Ersatzteile sind möglicherweise schwierig zu beschaffen; Reparaturen können teuer sein. Ebenso kann es den DCS-Lösungen an Fähigkeiten zu Skalierbarkeit und Informationsaustausch mangeln. Traditionelle SPSen haben sich als Lösungen für sequenzielle Steuerungen bewährt, eignen sich jedoch nicht für prozessorientierte und sequenzielle Steuerungen. Sie verarbeiten die E/A-Scans und die Algorithmen so schnell wie möglich, damit die Änderung eines logischen Zustands (von eins auf null oder von null auf eins) mit möglichst geringer zeitlicher Abweichung vom Moment seines Auftretens erfasst wird. Aus diesem Grund bezeichnet man SPSen als scanbasierte Systeme. Sie ermöglichen die verlässliche Steuerung extrem schnell ablaufender Fertigungsprozesse, die nach Scanzeiten im Millisekundenbereich verlangen. Abgesehen davon sind SPSen skalierbar (zwischen 10 und über 10.000E/As) und arbeiten mit offenen Softwareplattformen. Allerdings fehlen ihnen wichtige Voraussetzungen für Prozessinstruktionen, Funktionsblock-Programmierung und Schnittstellen zu Prozessinstrumenten und Ventilen. Kombination aus DCS und SPS Technologische Weiterentwicklungen ha­ben die Grenzen zwischen Controllern für diskrete und analoge Steuerungsaufgaben zunehmend verschwimmen lassen. Betriebsingenieure verlangen nach einer engeren Verflechtung sämtlicher Leittechnik-Komponenten in einer Fabrik, nach offenen Systemen, die die Verwendung der jeweils bestgeeigneten Komponenten ermöglichen sowie nach einer umfassenden Leittechnik für sämtliche Bereiche einer Fabrik. Da SPS und DCS-basierte Systeme zwei verschiedene Steuerungskonzepte verkörpern, mussten sich die Ingenieure in der Vergangenheit damit abfinden, dass ihr System den Anforderungen und Erwartungen der jeweiligen Applikation nicht in vollem Umfang gerecht werden konnte. Das Prozessautomatisierungssystem PlantPAx von Rockwell Automation verbindet nun die Vorteile von DCS und SPS-Lösungen. Die einheitliche, interdisziplinäre Plattform hilft Anwendern, die prozessorientierte und sequenzielle Steuerungsaufgaben zu bewältigen haben, ihren Total Cost of Ownership (TCO) zu senken und eine Gesamtsicht ihrer Fabrik zu bekommen. Im Unterschied zu konventionellen Steuerungsarchitekturen handelt es sich bei diesem System um eine skalierbare, die gesamte Fabrik erfassende Steuerungs und Informations-Architektur mit einer Vielzahl zusammenarbeitender Steuerungs, Vernetzung, Visualisierungs und Informations-Optionen. Die einheitliche Steuerungs-Infrastruktur macht es z.B. leichter, ein diskretes Steuerungssystem mit Prozessregelungen zu ergänzen. Außerdem hilft es Herstellern mit umfangreichen Prozessapplikationen, eine engere Integration mit sequenziellen Applikationen zu realisieren. Da es keine ausschließlich prozessorientierten Applikationen gibt, hilft dieses fabrikweite Konzept Herstellern bei der Wiederverwendung von technischen Designs und Verfahrensweisen. Kommunikation über verschiedene Feldbus- und Ethernet-Standards Zu den Funktionen des Plant-PAx-Systems im Bereich der Prozessapplikationen gehören unter anderem Online-Systemänderungen, zeitbasierte Ausführung oder Asset-Management für die Instrumentierung. Herzstück ist eine ControlLogix-PAC (Programmable Automation Controler) mit der sich zusätzlich zur diskreten und prozessorientierten Steuerung Bewegungs-, Antriebs-, Sicherheits- und Chargensteuerung integrieren lassen. Sie kommuniziert über offene Netzwerkstandards wie DeviceNet, ControNet oder Ethernet/IP inklusive direkter Anbindung der klassischen Feldbusse wie Fieldbus Foundation, Profibus PA und Hart. Auch wenn diese Netzwerke unterschiedliche physikalische Attribute aufweisen, sind die Benutzeroberfläche und die Sicht auf das Netzwerk weitgehend identisch. Wegen des einheitlichen Applikations-Layers werden keine Gateways benötigt, um Informationen zwischen den Netzwerken zu übersetzen; die gesamte Fabrik ist von jedem Netzwerk aus und zu jeder Zeit sichtbar. Die PAC besitzen zudem analoge Eingangskarten, die die Echtzeit-Abtastung und periodische Tasks für die zeitbasierte Verarbeitung unterstützen. Das Signal der Karten basiert auf einem einstellbaren Zeit-Intervall des Analog-Modules. In RSLogix 5000 sind die Sprachen FBD und SFC mit Kontaktplänen und strukturiertem Text integriert. Zum Ausstattungsumfang des Systems gehören EMSR-Bibliotheken (Funktionsbausteine und HMI Faceplates) zur Erstellung technologischer Funktionen wie z.B. Pumpen, Ventile, Regelungen inkl. Autotuning Funktion, Bausteine und Faceplates zur Kopplung von Endress+Hauser-Instrumenten via Hart, FF und PA. Die S88-kompatible Grundfunktions-Steuerung und skalierbare Rezeptursteuerung bietet Möglichkeiten für eine rezepturgesteuerte Anlage. Alle Funktionen können auf der gesamten skalierbaren Plattform angewendet werden. Sie sind für \’kleinere\‘ Process Skids wie für komplexe Großanlagen geeignet. Das System überwindet die Informationsbarriere zwischen prozessorientierten und diskreten Applikationen. Es trägt dazu bei, dass rascher auf die Nachfrage der Kunden und des Markts reagiert werden kann, dass sich Wartungskosten und Maschinenstillstände verringern und dass von den Geschäftssystemen aus auf Fabrik und Produktionsdaten zugegriffen werden kann. Hiervon profitieren die Entscheidungsfindung des Managements und letztendlich auch die Produktivität.