Artikel Offenes Automatisierungssystem schafft Transparenz

Ob Dosierstationen, Vorbehandlungsprozesse oder aber Wasseraufbereitung bzw. Abwasserreinigung: In der Chemie gibt es zahlreiche Prozesse und Aufgaben, die in weit verteilten Anlagen ablaufen und die kaum im Blickfeld der zentralen Prozessleittechnik stehen. Letztere sammelt in der Regel zwar Informationen mit zentraler Bedeutung für den Prozess ein, doch für die Überwachung und den Service vieler Funktionen, z.B. in Nebenprozessen, sind diese Informationen nicht detailliert genug. Effiziente Prozesse erfordern deshalb vielfach dezentral verteilte Anlagenteile, die mittels normierter Feldbusse miteinander vernetzt werden. Offene Schnittstellen zu Leitsystemen beliebiger Hersteller geben hierbei nicht nur Planungssicherheit, sie schaffen auch Unabhängigkeit und bieten Investitionssicherheit.

Dies ist nicht nur bei Ergänzungen, Retrofits oder aber Erweiterungen von Anlagen der Fall, sondern kann bei Neuanlagen auch dazu führen, dass gar kein zentrales Prozessleitsystem mehr benötigt wird. Insbesondere dann, wenn Fernwirklösungen eingebunden werden, lässt sich der Anlagenbetrieb durch den Einsatz offener und dezentral verteilter Automatisierungs- und Steuerungslösungen weiter optimieren. Eine solche Fernwirklösung ist beispielsweise der gesicherte Zugriff auf die Prozessdaten via GSM/GPRS-Netz, wodurch Anlagenzustände weltweit überwacht und Störungen rechtzeitig erkannt werden können. Auf diese Weise können auch vorhandene Anlagenteile modernisiert und in das neue Gesamtkonzept wirtschaftlich eingebunden werden.

Flexible Signalerfassung im Anlagenfeld

Mit dem Wago-I/O-System steht dem Anwender ein kompaktes und modulares System zur Verfügung, mit dem flexible, dezentrale Automatisierungslösungen realisiert werden können. Eine Vielzahl unterschiedlicher I/O-Module dienen zur physikalischen Aufnahme der unterschiedlichen Sensor- und Aktorsignale im Anlagenfeld. Durch diesen Aufbau lässt sich das System einfach den anlagenspezifischen Gegebenheiten anpassen.

Entsprechend der Anforderung an das Projekt können ganz gezielt und somit kostengünstig individuelle Systeme zusammengestellt werden. Hierfür hält das System I/O-Module bereit, die sowohl klassische Signale, wie 0 bis 20 mA, 4 bis 20 mA, 0 bis 10 V oder von Temperaturfühlern erfassen, als auch Schnittstellen für RS-232/-485, Hart, Condition Monitoring oder Bluetooth bereitstellen sowie Signale aus Ex-Zonen direkt aufnehmen.

Dezentrale Intelligenz in der Anlagenebene

Diese Vielfalt ermöglicht es, Signale von modernen Messsonden mit Hart-Schnittstelle oder von Wireless-Systemen, wie Bluetooth und Enocean, im System einzubinden. Das System leitet die Prozessrohdaten und die intern aufbereiteten Daten, wie Messwerte, Grenzwerte und Alarmwerte über offene Feldbusschnittstellen an das Leitsystem weiter. Hierfür stehen feldbusseitig verschiedene Feldbuscontroller zur Auswahl, beispielsweise für Modbus RTU (seriell), Modbus TCP, Ethernet TCP/IP, Profibus oder Profinet. Die Anbindung an bestehende SPSen beispielsweise bei Anlagenteilsanierung erfolgt auf dem gleichen Wege.

Alle Feldbuscontroller des I/O-Systems bieten SPS-Funktionalität, die über Coesys (IEC 61131–3) programmiert werden kann. Sie ermöglicht es, Messwerte aufzubereiten und lokale Funktionen direkt in der Anlagenebene auszuführen. Hierfür werden dem Anwender kostenlos Kommunikationsbausteine, logische Funktionsbausteine sowie Regelbausteine für die Prozessoptimierung zur Verfügung gestellt. Die Verlagerung der Intelligenz in die Controller entlastet die zentralen Steuerungssysteme wesentlich und erhöht die Betriebssicherheit einzelner Anlagenteile. Anlagenzustände und Störungen können grafisch dargestellt werden. Dazu steht dem Anwender innerhalb der Programmierumgebung Codesys eine integrierte Visualisierung zur Verfügung. Mit ihr können individuelle Darstellungen für die einzelnen Anlagenteile erstellt werden. Sie liefern dem Anlagenbediener und dem Servicepersonal wichtige Informationen im laufenden Betrieb sowie im Störfall. Für die Bedienung und Beobachtung der Prozessdaten vor Ort kann das I/O-System mit den HMI-Geräten aus der Perspecto-Familie kombiniert werden. Die Monitore und -Panels sind speziell auf das I/O-System abgestimmt.

Fernwartung optimiert den Anlagenbetrieb

Wird das I/O-System mit einem VPN-Router aus der To-Pass-Familie verbunden, lassen sich Prozess- und Anlagendaten via GSM-Netz auf einem Web-Server im Internet ablegen. Dazu wurde ein spezieller To-Pass-Web-Server eingerichtet, der optional um eine Datenbank (z. B. SQL) und eine Visualisierung ergänzt werden kann. Über den Web-Server können somit Anlagenzustände, Trendverläufe und Störmeldungen visualisiert werden. Bei der Wartung der Anlage erhält der Servicemitarbeiter nicht nur detaillierte Informationen über den Prozess, sondern kann sich standortunabhängig direkt auf die Anlage aufschalten und gezielt reagieren, zum Beispiel bei einer Störung.

Für den Web-Server stehen SPS-seitig fertige Kommunikationsbausteine zur einfachen Systemanbindung zur Verfügung. Mit dieser Fernwartungslösung lassen sich Prozessdaten aus der gesamten Anlagenebene über eine zentrale Datenbank direkt bereitstellen – ohne Schnittstellenanpassungen. Diese Vorgehensweise vereinfacht die Integration und schafft Flexibilität in einer ganzheitlichen Systemlösung, die von der Anlage bis hin zum Web-Portal reicht.
Neben der zentralen Datenarchivierung steht dem Anwender eine Vielzahl an fertigen Visualisierungselementen zur einfachen und übersichtlichen Darstellung zur Verfügung. Auf dieser Ebene können nun, je nach Berechtigung, unterschiedliche Anwendergruppen diese Informationsplattform nutzen. Neben den Standardfunktionen schafft das „Open-Source“-Konzept auch individuelle Freiräume, mit denen kundenspezifische Anforderungen realisiert werden können. Wago-Solution-Provider (WSP) bieten hierzu erweiterte Dienstleistungen, von der Projektplanung und Umsetzung bis hin zur Integration bestehender Systeme, an.

Fazit: Ein modulares und offenes Automationssystem ermöglicht die flexible Erfassung unterschiedlichster Messsignale. Die SPS-Funktionalität erhöht die dezentrale Anlagensicherheit durch eine direkte Messwertaufbereitung und autarke Steuerfunktionen. Durch die Datenübertragung per GSM-Netz sowie die Unterstützung aller IT-basierenden Protokolle unter Einsatz eines To-Pass-Web-Servers wächst das Gesamtsystem, von der Anlagenebene bis zum Web-Portal zu einer integralen Informationsplattform zusammen.

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Für Planer und Betreiber

• Offene Automatisierungssysteme liegen im Trend: Sie ermöglichen eine flexible Erfassung von Messsignalen und die integration in die Informationsstruktur bis hin zur Fernüberwachung.
• Durch den Einsatz dezentraler Steuerungen (SPS) wird das zentrale Prozessleitsystem entlastet, die Betriebssicherheit einzelner Anlagenteile steigt.
• Durch die Datenübertragung via GSM-Netz sowie die Nutzung IT-basierender Protokolle kann ein standortunabhängiger Zugriff ermöglicht werden.

Bedienen und Beobachten
Neue HMI-Geräte

Monitore und Panels aus der Produktfamilie Perspecto erleichtern das Bedienen und Beobachten von Prozessdaten. Sie sind in verschiedenen Bildschirmgrößen (3,5“ bis 15“) und Leistungsklassen erhältlich: Der Touch-Monitor (TM) ergänzt den I/O-IPC um einen Anzeigebildschirm. Er wird über eine DVI-D- oder USB-Schnittstelle direkt am IPC angeschlossen. Das Web-Panel (WP) hat einen Browser sowie eine Java-Virtual-Maschine und wird an Wago-Controllern mit eigenem Web-Server als Web-Client eingesetzt. Das Visu-Panel (VP) hat eine eigenständige HMI-Runtime, wodurch die Anzeige eine kürzere Reaktionszeit mit schnellen Maskenwechselzeiten erhält. Das Control-Panel (CP) ist ein vollwertiges Automatisierungsgerät mit Bildschirm. Es bietet parametrierbare Funktionen und kann, basierend auf der IEC61131, selbstständig Steuer- und Regelungsaufgaben übernehmen. Bei der Erstellung von Visualisierungs- und Steuerungsapplikationen unterstützt das neue Softwarepaket Automation Cockpit.

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