Kostengünstige Anlagenmodernisierung mit Retrofit

Die Technik ist indes nicht stehen geblieben und so gelten in der Industrieautomation mittlerweile zum Teil ganz andere Paradigmen als in den 80er- und 90er-Jahren. Vom Embedded-Controller mit Intel-Industrie-CPU und dem echtzeitfähigen Standard-Betriebssystem Microsoft Windows CE, intelligenten Experten für die Protokolle IEC60870-5-101/104, über schnelle, herstellerneutrale Ethernet basierende Kommunikationsnetze bis hin zur IEC61131-3-konformen Programmierumgebung reicht der Bogen der Vorbilder und Abgrenzungen. Insofern stellt sich die Frage nach der weiteren Zukunft des eingesetzten Automatisierungssystems. In der Vergangenheit gab es darauf genau zwei Antworten: Entweder wurde nichts getan und die Betreiber riskierten eine schnell wachsende Ausfallwahrscheinlichkeit. Oder man setzte auf eine komplette Neuinstallation. Da beide Antworten für den Betreiber unbefriedigend sind, hat OHP GmbH eine dritte Alternative geschaffen. Nach dem Motto: \“Es wird nur das ausgetauscht, was unbedingt notwendig ist\“ erfährt die Anlage eine Modernisierung bei quasi laufendem Betrieb. Beispiel Abwasser Wie das nachfolgende Beispiel zeigt, ist die genannte Problematik aktuell ein Thema beim Kasseler Entwässerungsbetrieb (KEB), dem dort betriebenen Klärwerk Kassel. Die Anlagen im Kanalnetz werden seit Jahrzehnten mithilfe von Automatisierungsgeräten prozessgesteuert. Sie funktionieren zur vollen Zufriedenheit des Betreibers und sind über die Jahre deutlich gewachsen. Für die Überwachung, Steuerung und Visualisierung befinden sich derzeit ca. 90 SPS-basierende Automatisierungsgeräte im Einsatz. Zur Reduzierung der Instandhaltungskosten wurde seit Jahren eine sehr hohe Standardisierung bei allen Komponenten der Automatisierungstechnik betrieben. Bei den eingesetzten AEG-SPSen handelt es sich um die Modularsysteme A120/A250. Damit ist das Ziel eines weitestgehend homogenen Aufbaus (Strukturierung) erreicht worden. Ein von KEB im Jahr 2006 an ein renommiertes Ingenieurbüro zur Ausarbeitung eines Migrationskonzeptes erteilter Auftrag ergab Ende 2007 folgendes Ergebnis: Hardware-Auswahl Aufgrund der theoretisch und praktisch von diesem Ingenieurbüro betrachteten Migrationskonzepten wurde die Firma OHP GmbH in die engere Auswahl gezogen. Grund dafür war, dass ihr Konzept den überwiegenden Teil der vorhandenen E/A-Ebene weiterhin nutzen will. Die Wiederanbindung des Modnet-1-SFB-Feldbusses mit der DEA-Prozedur ermöglicht die Beibehaltung der bestehenden E/A-Ebene an die neue A250-Welt. Realisierung OHP stützt die Migrationsstrategie auf ihre Neuentwicklung der Zentraleinheiten für die Systeme A120/A250. Die bisherigen AKF-Zentraleinheiten werden durch entsprechende neue, leistungsfähigere und IEC-konforme CPUs der Firma OHP ausgetauscht (Bilder 1 und 2). Ansonsten bleibt alles wie gehabt. Noch vorhandene und weiter benötigte Fernwirk- Kommunikationsbaugruppen für die Protokolle 1/F bzw. 1/W bleiben gesteckt und stören nicht das Zusammenspiel mit neueren Protokollen, wie IEC870-5-101/104. Eine systemimmanente \’Rückfahrstrategie\‘ wird dadurch erreicht, dass bei Bedarf – durch Rückbau der AKF-Zentraleinheit – der ursprüngliche Zustand wiederherstellbar ist (kalkulierbares Risiko). Projektierung/Programmierung Für die Projektierung/Programmierung von Automatisierungssystemen steht weltweit mit der IEC61131-3 nur eine Norm zur Verfügung. Weitverbreitete Vertreter dieser IEC-konformen Projektierungsumgebungen sind herstellerneutrale Programme, wie z.B. Multiprog von KW-Software. Multiprog wird von ca. 70 SPS-Herstellern international seit Jahren erfolgreich eingesetzt. Auch das Unternehmen hat sich durchgängig für seine Produkte micro, @120 und @250 bei diesem Programmiersystem entschieden. KEB nutzt bisher für die Anlagenprojektierung ein CAE-Tool, das aus Planungsdaten weiterverarbeitende Projektierungsdaten generiert, die danach in einer Textdatei abgelegt werden. Der Import dieser Dateien ist problemlos nur bei Multiprog möglich. OHP hat speziell für die Einführung in Multiprog bei KEB Arbeitsbücher bereitgestellt, die die Handhabung der nach IEC61131-3 definierten fünf Sprachelemente FBS, LD, IL, ST und AS sowie deren automatische Rückdarstellung beschreiben. Programmierbeispiel in ST: Zähler, rückwärts mit Grundstellung (2 147 483 647 bis 0) Anwendung Mehrfachauswahl Funktion Mit einem Richtimpuls oder dem Lade-Eingang %IX1.4 auf den Eingang load des Zählers wird dieser mit dem Vorwahlwert PV geladen. Mit jeder positiven Flanke am Zähleingang CD erniedrigt sich der Wert im Zähler um 1. Der Ausgang Q des Zählers ist so lange \’false\‘, bis der aktuelle Zählerstand CV kleiner oder gleich Wert 0 ist. Das Programm eignet sich dazu, Impulse im Bereich von 2 147 483 647 bis 0 zu zählen. Der aktuelle Zählerstand (hier 9997) wird am Ausgang CV, Datentyp DINT, angezeigt. Die Standardzähler der IEC61131-3-Bausteine zählen nur im Wertebereich INT, d.h. von 32767 bis 0. Kopplung an das Leitsystem ProWin Das auf dem Klärwerk Kassel vorhandene Prozessvisualisierungssystem ProWin das Unternehmen OHP soll weiterhin Verwendung finden. Voraussetzung hierfür ist, dass die infrage kommenden Automatisierungsgeräte über das auf Ethernet-Netzwerktechnologien basierende Modbus TCP-Protokoll kommunizieren. Ein weiteres Kriterium für die Systementscheidung ist die Bewertung des notwendigen Aufwandes zur Integration der neuen Automatisierungskomponenten in das bestehende Visualisierungssystem ProWin. Der geringste Änderungsaufwand entsteht bei den @-Systemen der Firma OHP, da die Daten auch weiterhin im vorhandenen Datenformat \’Byte\‘ übertragbar sind. Kommunikationsstrukturen Neben der reinen Unterstützung von Bussystemen wie Ethernet, Modnet 1-SFB ist für eine Kommunikation von entscheidender Bedeutung, dass beide Kommunikationspartner die gleichen Regeln beachten und eine gleiche Interpretation des Inhaltes durchführen. Dieses wird mithilfe von Protokollen gewährleistet. Typischer Vertreter ist das Modbus- TCP-Protokoll aber auch die DEA-Prozedur des Modnet 1-SFB zur Ankopplung der DEA-Baugruppen. Das Migrationskonzept des hier favorisierten Anbieters basiert darauf, dass die Kommunikation zu den vorhandenen DEA-Baugruppen der AEG-A250 weiterhin genutzt werden kann. Für die Anlagenkommunikation favorisiert OHP die Verwendung des Modbus-TCP-Protokolls auf Ethernet-basierenden Netzwerkstrukturen. Damit können strukturierte Netzwerke aufgebaut werden. Da auch das vorhandene Prozessvisualisierungssystem ProWin ebenfalls eine Umstellung auf dieses Protokoll erlaubt, können alle vorgesehenen Kommunikationskanäle realisiert werden. Fazit Die durchgeführte Bewertung durch das Ingenieurbüro hat ergeben, dass das Migrationskonzept von OHP deutliche Vorteile aufweist, die nicht nur im Preis, sondern vor allem konzeptionell und damit einfacher in der technischen Ausführung liegen. Hier noch einmal die wesentlichen Argumente: – Bei der Hardware (A250, Bild 2) wird nur die vorhandene AKF-ALU gegen eine Multiprog-ALU ausgetauscht. – Bei der Hardware (A120, Bild 1) wird nur die vorhandene AKF-ALU gegen eine Multiprog-ALU, und der Grund-Baugruppenträger DTA200 gegen DTA300 ausgetauscht. – Die gesamte Verdrahtung der E/A-Baugruppen mit der Peripherie bleibt unberührt. – OHP liefert sämtliche relevanten E/A-Baugruppen der Systeme A120/A250, redesigned, noch für mindestens weitere 15 Jahre. Damit ist eine langfristige Verfügbarkeit aller wesentlichen Module gesichert. – Das von OHP eingesetzte herstellerneutrale Programmiertool Multiprog ist weltweiter Standard. – Es wird nur das ausgetauscht, was tatsächlich modernisiert werden muss. – Reduzierung des technischen Risikos, da keine Neuinbetriebnahme notwendig ist.