Prozessleittechnik - TU Bergakademie Freiberg

Institut für Automatisierungstechnik
Prozessleittechnik
Automatisierung für die Industrie
• Leittechnik
• Leitsysteme
• Prozessleitsysteme
Roland Göhler
Tel.: 03731 39 2922
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Einführung
Marktsituation und Markttrends
Weltmarkt für Prozessautomatisierung steigt zwischen 2000 und 2005 mit
3,6% und zwischen 2005 und 2010 mit 5,1% pro Jahr.
2000: 61,3 Mrd. USD
2005: 73,3 Mrd. USD
2010: 94,2 Mrd. USD
Von den 61,3 Mrd. USD in 2000
73,7% auf die Kernprozesse,
5,4% auf Abfüllanlagen und Verpackungsmaschinen
6,2% auf Lagereinrichtungen
14,7% auf Nebenanlagen und End-ofpipe- Umweltanlagen
46,9 Mrd. USD auf die Projekt- bzw. Erstellungsphase der
Automatisierungssysteme
14,4 Mrd. USD auf die Betriebsphase der Automatisierungstechnik
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Von der Automatisierungs-Hardware wiederum entfielen im Jahre 2000 etwa
39,3% auf die Leitebene und 60,7% auf die Feldebene inklusive der in den
diversen prozesstechnischen Maschinen integrierten Sensoren, Messgeräten
und Aktuatoren
Bis zum Jahre 2010 wird der weltweite Anteil der Leitebene an der gesamten
Hardware auf voraussichtlich 35,8% abnehmen
Die wichtigsten Gründe sind:
die Verlagerung der Intelligenz in Richtung Feldebene und deutliche
Preisreduktionen bei Produkten und Systemen der Leitebene
Ein besonders starkes Wachstum weisen die Komponenten der FeldbusKommunikation sowie für Ethernet/TCP-IP auf. Während erstere mit
voraussichtlich 8,2% jährlich wachsen, wird für letztere ein Wachstum von
rund 17% erwartet
der Anteil des extern nachgefragten Engineering steigt weltweit weiter an
Engineering wird unterschieden in Basic Engineering (Basisplanung),
Detail Engineering (Ausführungsplanung) und Anwendungs-Engineering
(Software-Engineering und kleinere Hardware-Adaptionen.
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Vor allem bei prototypischen Anlagen wächst der Anteil der EngineeringDienstleistungen weiter an
Aber auch der steigende Trend zur Rationalisierung und Anlagenoptimierung
sowie die weitere Vernetzung mit den Informationssystemen der
Betriebsleitebene und der Unternehmensplanung lassen den Anteil des
Engineerings an den Gesamtanlagenkosten weiter steigen
Der Anteil der für die Betriebsphase relevanten extern nachgefragten
"Services„ wie Instandhaltung, Adaptionen, Support und Schulung
einschließlich Abriss und Entsorgung bleibt mit 11% bis zum Jahre 2010 nahezu
konstant
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Technologische Trends
Intelligenz, Modularität und Ferndiagnostik sind die Trends der Zukunft.
Dezentrale Automatisierung ermöglicht die Verteilung intelligenter
Automatisierungskomponenten über die Gesamtanlage (Intelligente Pumpen)
Neue biotechnologische Verfahren stellen neue Herausforderungen für die
Automatisierung dar, insbesondere in der Pharmaproduktion und der
biotechnologisch basierten Feinchemieproduktion.
Mini- und Mikroreaktoren und deren Automatisierung stellen zukünftig
neue Anforderungen an die Automatisierung.
die Automatisierungstechniken werden von der vertikalen Integration mit
den Informationstechniken der Unternehmensleitebene maßgeblich
profitieren.
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Begriffe zur Automatisierung (DIN 19233)
Automat
Ein selbsttätig arbeitendes künstliches System, dessen Verhalten entweder
schrittweise durch vorgegebene Entscheidungsregeln oder zeitkontinuierlich
nach festgelegten Beziehungen bestimmt wird und dessen Ausgangsgrößen
aus seinen Eingangs- und Zustandsgrößen gebildet werden.
Ein wesentliches Merkmal des programmgesteuerten Automaten ist das
Vorhandensein mindestens einer Verzweigung im Programm mit
verschiedenen Ablaufmöglichkeiten, zwischen denen aufgrund der
Eingabe von außen und des inneren Zustands entschieden wird. Auch
das Stillsetzen ist als möglicher Zweig des Programmablaufs zu
verstehen.
Der Programmablauf wird durch äußere Anregung ausgelöst oder
gesteuert, die Bestandteil der Eingabe ist oder diese selbst darstellt.
Prozessleittechnik / Einführung
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Automatisch
Nach Art eines Automaten arbeitend
Automatisieren, Automatisierung
Das Ausrüsten einer Einrichtung, so dass sie ganz oder teilweise ohne
Mitwirkung des Menschen bestimmungsgemäß arbeitet.
Diese Ausrüstung (z. B. Geräte, Programme) ist nach DIN 19222
eine Leiteinrichtung.
Automatisierungsgrad
Anteil der automatisierten Funktionen an der Gesamtfunktion einer
Anlage.
Er kann nur für ein festgelegtes System, dessen Grenzen genannt sein
müssen, unter Bewertung seiner Funktionen angegeben werden.
Vollautomatischer Betrieb liegt vor, wenn alle Funktionen des
betrachteten Systems mit Ausnahme von Einschalt- oder
Abschaltvorgängen automatisiert sind. Sonst liegt
teilautomatischer Betrieb vor.
Prozessleittechnik / Einführung
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Fachinhalt
Es gibt keinen definierten Fachinhalt der Automatisierung
Basistechniken der Automatisierung
• Sensor- und Aktortechnik
• Regelungstechnik
• Steuerungstechnik
• Leittechnik
• Robotertechnik
Prozessleittechnik / Fachinhalt
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Integrationstechniken der Automatisierung
• Rechentechnik
• Informationstechnik
• Kommunikationstechnik
• Mensch-Maschine-Systeme
• Struktur- und Systemtechnik
• Managementtechniken
Prozessleittechnik / Fachinhalt
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Kondratieff-Zyklen
Entwicklung der PLT / Entwicklungsetappen der PK
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Grundbegriffe der Prozessleittechnik
System
Ein System ist eine in einem betrachteten Zusammenhang gegebene
Anordnung von Gebilden, die miteinander in Beziehung stehen. Diese
Anordnung wird aufgrund bestimmter Vorgaben gegenüber ihrer Umgebung
abgegrenzt. (DIN 19226)
PLT / Grundbegriffe (1)
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Prozess
Gesamtheit von aufeinander einwirkenden Vorgängen in einem System, durch
die Materie, Energie oder auch Information umgeformt, transportiert oder auch
gespeichert wird. (DIN 19226)
Ein technischer Prozess ist ein Prozess, dessen physikalische Größen mit
technischen Mitteln erfasst und beeinflusst werden
PLT / Grundbegriffe (2)
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Prozesstechnik
Befasst sich mit der Durchführung solcher Vorgänge
PLT / Grundbegriffe (3)
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Prozessautomatisierung
Automatisierung technischer Prozesse
Prozessautomatisierungssystem beinhaltet drei miteinander gekoppelte Arten
von Systemen
Ein technisches System, in dem ein technischer Prozess (Umformung,
Verarbeitung und Transport von Materie oder Energie) abläuft
Ein Rechner- und Kommunikationssystem, in welchem ein
Informationsprozess abläuft (Umformung, Verarbeitung und Transport
von Informationen)
Es dient zur Erfassung, Verarbeitung und Darstellung von
Informationen über das Prozessgeschehen sowie zur Ausgabe
von Informationen mit dem Ziel, den Ablauf des technischen
Prozesses in der gewünschten Weise zu steuern
Das Prozessbedienpersonal, also Menschen, die das Prozessgeschehen
über entsprechende Darstellungsmedien verfolgen, die die Vorgänge
leiten und beeinflussen oder im Falle von Ausnahmesituationen und
Störungen tätig werden
PLT / Grundbegriffe (4)
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PLT / Grundbegriffe / Prozessautomatisierung (1)
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Analoges Signal
Ein analoges Signal ist ein Signal, bei dem einem kontinuierlichen
Werteverlauf des Informationsparameters Punkt für Punkt
unterschiedliche Information zugeordnet ist
PLT / Grundbegriffe / Signale
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PLT / Grundbegriffe / Signale
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PLT / Grundbegriffe / Signale
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Digitales Signal
Ein digitales Signal ist ein Signal mit einer endlichen Anzahl von
Wertebereichen des Informationsparameters, wobei jedem
Wertebereich als Ganzem eine bestimmte Information zugeordnet ist.
Binäres Signal
Ein binäres Signal ist ein digitales Signal mit nur zwei Wertebereichen des
Informationsparameters.
PLT / Grundbegriffe / Signale
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Leiten
Gesamtheit aller Maßnahmen, die einen im Sinne festgelegter Ziele
erwünschten Ablauf eines Prozesses bewirken. Die Maßnahmen werden
vorwiegend unter Mitwirkung des Menschen aufgrund der aus dem Prozess
oder auch aus der Umgebung erhaltenen Daten mit Hilfe der Leiteinrichtung
getroffen. (DIN V19222)
zu erreichende Ziele können sein
Sollwerte,
Sollzustände,
deren Verläufe
ein Gütekriterium.
Der im Sinne dieser Ziele erwünschte Prozess kann durch Eingangs-,
Zustands- und Ausgangsgrößen und deren Beziehungen untereinander
beschrieben werden.
Die Maßnahmen werden vorwiegend unter Mitwirkung des Menschen
aufgrund der aus dem Prozess oder auch aus der Umgebung erhaltenen
Daten mit Hilfe der Leiteinrichtung getroffen.
PLT / Grundbegriffe / Leiten (1)
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Datenflussfluss, Signalfluss
Prozessgegenstand: Materie, Energie,
Information
Darstellung des Leitens eines Prozesses
PLT / Grundbegriffe / Leiten (2)
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Leiteinrichtung
Gesamtheit aller für die Aufgabe des Leitens verwendeten Geräte und
Programme, sowie im weiteren Sinne auch aller Anweisungen und
Vorschriften
Zu den Geräten gehört auch die Prozessleitwarte, und zu den
Anweisungen und Vorschriften gehören auch die Betriebshandbücher.
Das Ausrüsten eines Prozesses mit einer Leiteinrichtung bezeichnet
man als Prozessautomatisierung
PLT / Grundbegriffe / Leiteinrichtung (1)
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Ebenen der Automatisierungstechnik
Planen
Aut.
grad
Zeitanford.
Räuml.
Abstand
Disponieren
gering
Offline
prozessfern
Leiten
mittel
Online
prozessfern
Steuern
hoch
Echtzeit
prozessnah
Technischer Prozess
PLT / Ebenenmodell der AT
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Räumliche Entfernung
Kein Einfluss auf die Informationsverarbeitung
Begrenzte Datenübertragungsgeschwindigkeit
Prozessnahe Einrichtungen: Datenübertragung erfolgt parallel keine
zeitliche Verzögerung
Prozessferne Einrichtungen: Datenübertragung erfolgt seriell
zeitliche Verzögerung
PLT / Grundbegriffe (6)
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Gerätetechnische Anforderungen
Verfügbarkeit
Wahrscheinlichkeit, dass ein Gerät oder eine Anlage funktionsfähig ist
Mean Time To Failure (MTTF, mittlere ausfallfreie Arbeitszeit)
Dieser Wert gibt an, nach welcher Betriebsdauer ein technisches
Gerät seinen ersten Fehler macht, bzw. wann es das erste Mal
ausfällt. Hierbei ist davon auszugehen, dass der Fehler nicht durch
einen eingebauten Mechanismus korrigiert werden kann
Mean Time to Repair (MTTR ) Reparaturzeit
mittlere Dauer der Wiederherstellung nach einem Ausfall
Mean Time Between Failure (MTBF = MTTF+MTTR) Zuverlässigkeit
mittlere Ausfallzeit zwischen auftretenden Fehlern unter
Berücksichtigung der mittleren Reparaturzeit
Redundante Geräteausstattung
PLT / Grundbegriffe (7)
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Sicherheit
Im Fehlerfall soll die Einrichtung in einen sicheren Zustand (FailSafe-Verhalten) übergehen
Verträglichkeit
Mit der Umgebung
Extreme Temperatur, hohe Feuchtigkeit, Staubeinwirkung,
mechanische Belastung
Für die Umgebung
Explosions- und Brandschutz, EMV-Verträglichkeit
Genauigkeit und Reproduzierbarkeit
PLT / Grundbegriffe (8)
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Modelle
Die Analyse des Verhaltens und der Eigenschaften technischer
Prozesse, von Maschinen, Aggregaten und Anlagen bezeichnet man als
Modellbildung.
Im Ergebnis entsteht ein Modell in verschiedenen Ausprägungen
Modelle sind vereinfachende Bilder des Eigenschafts- und
Funktionsprofils des Originals (der Realität)
Gute Modelle besitzen drei Grundeigenschaften:
Relative Widerspruchsfreiheit in Hinblick auf die Zielstellung
Relationstreue der Abbildung des Verhaltens Modell - Original
Einfachheit
PLT / Modelle
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Modellbildung
Modellbildung kann als Abbildungsvorgang betrachtet werden
Idealisierte Modellbildung
PLT / Modellbildung
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Fließbilder
Spielen im Entwicklungsprozess eine zentrale Rolle
Zuerst wird die Struktur des Prozesses bestimmt
Grundfließbild
Darstellung von Verfahren oder Anlage durch Rechtecke, die
durch Linien verbunden sind
Rechtecke:
• Verfahrensabschnitte
• Grundoperationen
• Anlagenkomplexe
• Anlagen
• Teilanlagen
• Anlagenteile
Prozessmodell / Grundfließbild
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Linien
• Stoff- & Energieströme
Grundinformationen
Benennung der Rechtecke
Benennung der Ein- und Ausgangsstoffe
Fließrichtung der Hauptstoffe zwischen den Rechtecken
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Phasenmodell
Erweiterung des Grundfließbildes durch die Phasen der
Zwischen- und Endprodukte
Prozessmodell / Phasenmodell
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Verfahrensfließbild
Anlage wird mit Hilfe von grafischen Symbolen wiedergegeben,
welche durch Linien verbunden sind
Graphische Symbole = Anlagenteile
Symbole sind in DIN EN ISO 10628 festgelegt
Linien = Fließlinien für Stoff & Energie
Prozessmodell / Verfahrensfließbild
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Grundinformationen
Art der für das Verfahren erforderlichen Apparate und Maschinen
(außer Antriebsmaschinen)
Bezeichnung der Apparate und Maschinen (außer
Antriebsmaschinen)
Fließweg und Fließrichtung der Ein- und Ausgangsstoffe und
Energien
Benennung und Durchflüsse bzw. Mengen der Ein- und
Ausgangsstoffe
Benennung von Energien bzw. Energieträgern
Charakteristische Betriebsbedingungen
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Rohrleitungs- und Instrumentenfließbild (R&I-Fließbild)
Besitzt größten Informationsinhalt
VT-Fließbild wird um die PLT-Stellen erweitert
Zusätzlich werden Kenngrößen (Maximaldrücke, Behältervolumina,
Leitungsdaten, …) aufgeführt
R&I-Fließbild muss mit graphischen Symbolen aufgebaut werden
Repräsentiert sowohl Verfahren als auch die Instrumentierung für die
praktische Handhabung hinreichend genau
Prozessmodell / R & I - Fließbild
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Grundinformationen
Funktion und Art der Apparate und Maschinen, einschließlich
Antriebe, Rohrleitungen, Transportwege, Armaturen + installierter
Reserve
Identifikations-Nummern der Apparate und Maschinen
einschließlich der Antriebsmaschinen
Kennzeichnende Größen von Apparaten und Maschinen,
gegebenenfalls in Form getrennter Listen
Nennweiten, Druckstufe, Werkstoff, Ausführung der Rohrleitungen
Angaben zu Apparaten, Rohrleitungen und Armaturen
Mess-, Regel- und Steuerfunktionen mit Identifikations-Nummer
Kennzeichnende Daten von Antriebsmaschinen gegebenenfalls
in Form getrennter Listen
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Fließschema-Gestaltung
Die Maße der graphischen Symbole für Apparate und Maschinen – mit
Ausnahme von Pumpen, Antriebsmaschinen, Ventilen und Fittings sollten in ihrer Höhenlage zueinander und in ihren äußeren
Abmessungen annähernd maßstäblich dargestellt werden
Die graphischen Symbole für Mess-, Steuerungs- und Regelungsgeräte
an Apparaten, Maschinen und Rohrleitungen, sowie Rohrleitungen und
Armaturen müssen in ihrer logischen Position dargestellt werden
Zur übersichtlichen Gestaltung sind unterschiedliche Linienbreiten zu
verwenden. Hauptfließlinien bzw. Hauptrohrleitungen sollen zur
Verbesserung der Übersichtlichkeit hervorgehoben werden
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Die Hauptfließrichtung verläuft im allgemeinen von links nach rechts
und von oben nach unten
Zur Angabe des Ein- und Ausganges von wichtigen Stoffen in das
bzw. aus dem Fließschemata werden Ein- und Ausgangspfeile
verwendet
Zur Angabe der Fließrichtung von Stoffen innerhalb des Fließschemata
werden Pfeile in die Linien gezeichnet. Die Pfeile können zum besseren
Verständnis am Eintritt zu Apparaten und Maschinen und vor
Rohrabzweigungen gesetzt werden
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Des Weiteren werden sie nach Grundreihe und Detailreihe
geordnet
Die Grundreihen sind vorzugsweise in der Anfangsphase der
Konstruktion zu verwenden (Verfahrensfließbild)
Die Detailreihe wird in einem fortgeschritteneren Stadium oder im
Endstadium der Planungsarbeiten verwendet (R&I-Fließschemata)
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Graphische Symbole zur Darstellung der ESMR-Aufgaben (DIN 29227)
Aufgabenbezogene Darstellung der Prozessleittechnik
Prozessleittechnik umfasst nur die prozessbezogene Elektro-,
Mess-, Steuer- und Regelungstechnik
Anwendung in allen verfahrenstechnischen Anlagen
Chemische Industrie, Mineralölindustrie, Kraftwerksanlagen,
Hüttenwerke und Zechen, Bauindustrie, Steine und Erden,
Zellstoff- und Papierindustrie, Nahrungsmittelindustrie, Gasund Wassertechnik, Klimatechnik, …
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Messort
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Kennbuchstaben für EMSR-Technik
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Zielsetzung
Zur Realisierung aller für den Betrieb einer Produktionsanlage geforderten
Funktionen ist eine geeignete Automatisierungsstruktur erforderlich.
Prozessleitsysteme:
Netzwerk aus Automatisierungsrechnern
In der Gesamtheit haben sie geforderte Funktionen zu erfüllen
Hoher Datendurchsatz
Hohe Verfügbarkeit
Hohe Flexibilität bei der Erweiterung einer Anlage
Prozessleitsysteme (PLS) umfassen alle informationsverarbeitenden
Einrichtungen zwischen den Sensoren und Aktoren und dem Bediener,
der den Prozess leitet.
PLS
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Anforderungen
Reaktionszeit auf Prozessereignisse (Echtzeitanforderungen)
Benötigte Bedienerschnittstellen (Bildschirme, Bedienpanels, …)
Verwaltung und Durchsatz großer Datenmengen
Verteilte Automatisierungsstruktur:
Struktur von PLS
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Topologie
Parallele Technik
War in früheren Zeiten aktuell
Viele einzelnen Geräte mit wenigen Funktionen (Regler, Schreiber, Taster,
Leuchtmelder, …)
Geräte sind in der Messwarte installiert
Übersichtliche Anordnung auf Tafelwänden ist schwierig
Tafeln haben beträchtliche Ausmaße
Topologie von PLS
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Vorteil:
Änderungen und Erweiterungen in technischen Einrichtungen sind leicht
durchführbar
Hohe Verfügbarkeit der Anlage
Nachteil:
Verknüpfung der PLT-Stellen zur Lösung komplexer Steuerungs- und
Regelungsaufgaben ist nur durch explizite Verdrahtung möglich
unfelxibel
Bei Änderungen kostenspielige Umverdrahtung
Automatischer Ablauf eines Produktionsverfahrens ist nur aufwendig
realisierbar
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Zentrale Technik
Zentraler Rechner mit Schnittstellen zum Prozess wird eingesetzt
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Vorteile:
Beliebige Verknüpfungen können flexibel durch Software realisiert werden
Änderungen sind einfach und kostengünstig
Nachteile:
Zur Realzeitbearbeitung vieler Teilprozesse ist eine relativ hohe
Rechenleistung bei großer Datenrate für die Ein-/Ausgänge erforderlich
Hohe Kosten für Zentralrechner
Verfügbarkeit der Gesamtanlage ist relativ gering
Einsatz redundanter Rechner wird oft erforderlich (Kostenerhöhung)
⇒ Einsatz in Produktionsanlagen selten
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Dezentrale Technik
Vereint Vorteile der parallelen und der zentralen Technik
Mehrere Rechner werden zur Automatisierung einzelner Teilprozesse
eingesetzt
Verschiedene Funktionen werden jeweils auf dafür zugeschnittene
Rechner verteilt
Für den Datenaustausch ist ein leistungsfähiges Kommunikationssystem
notwendig
Modere Prozessleitsysteme lassen sich stets dezentral einsetzen (dezentrale
Prozessleitsysteme (DCS, Distributet Control System))
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Hauptvorteile
Höhere Leistungsfähigkeit, da der notwendige Gesamtdatendurchsatz
bei vielen parallel arbeitenden Komponenten wesentlich leichter zu
realisieren ist
Skalierbarkeit bez. des Mengengerüstes, d.h. die Anlage kann immer
weiter wachsen, ohne das Probleme mit der Instrumentierung auftreten.
PLS muss bez. Automatisierungsgrad und der realisierten
Funktionen erweiterbar sein
Modularität des Gesamtsystems und auch dessen Komponenten in
Hardware und Software ermöglicht eine kostengünstige Anpassung an
die Bedürfnisse in der zu automatisierenden Produktionsanlage
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Rechner, die für die sog. prozessnahen Funktionen erfassen, regeln,
steuern und stellen zuständig sind, werden prozessnahe Komponenten
(PNK) genannt
Einer selbständig arbeitenden Teilanlage sollte möglichst eine PNK
zugeordnet werden (bei Ausfall nur eine PNK betroffen)
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In einem PLS werden alle Komponenten mittels Digitalrechner realisiert
Bildschirme und Tastaturen unterstützen das Bedienen und Beobachten
Die als Schnittstelle zum Bediener eingesetzten Rechner, mit den
Funktionen Bedienen, beobachten, melden, alarmieren, protokollieren,
werden Anzeige- und Bedienkomponente (ABK) genannt
LRK (Leitrechnerkomponente) für teilanlagenübergreifende
Steuerungsaufgaben
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Prozessnahe Komponenten (PNK)
Funktionen sind:
Erfassen und elementares Verarbeiten von Prozesssignalen (z.B.
Linearisierung für Thermoelemente) entweder über eingebaute
Ein/Ausgangs-Karten oder –Module oder über Kopplungen zu
Feldbussen
Ermittlung von Grenzwertüberschreitungen und Erzeugung
von Alarmsignalen
Bearbeitung von Regelungen
Ausführen von Verriegelungs- und Ablaufsteuerungen
Ausführen von höheren Überwachungs- und Regelungsstrategien
Ausführen von Teilsteuerrezepten bei Chargenproduktion
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Aufbau
„Spezialrechner“ mit einem residenten Echtzeitbetriebssystem
Meist kommt eine SPS zum Einsatz
Zentralbaugruppe zur Prozessdatenverarbeitung
E/A-Baugruppen für Prozesssignalanschlüsse
Anschaltbaugruppen zur Kopplung an ABK
Anschaltbaugruppen für Feldbussysteme
24-V-Spannungsversorgung
Wichtig ist eine Aussage zur Unwahrscheinlichkeit eines Ausfalles
Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)
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Anzeige- und Bedienkomponente (ABK)
Schnittstelle zwischen dem Anlagenbediener und dem Prozess
Wird auch als HMI (Human Machine Interface) bezeichnet
ABK‘s arbeiten teilanlageübergreifend, d.h. von einer ABK aus kann sowohl
jede beliebige Teilanlage als auch die Gesamtanlage visualisiert werden
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Funktionen
Bedienoberfläche für elementare PLT-Funktionen
(Öffnen von Ventilen, Vorgabe des Sollwertes eines Reglers usw)
Bedienoberfläche für Ablaufsteuerungen
Bedienoberfläche für die Rezeptfahrweise
Anzeige des aktuellen Zustandes aller Sensoren und Aktoren
Anzeige des Kurvenverlaufes von analogen Prozess- und Produktgrößen
Anzeige der aktuellen Schritte von Ablaufsteuerungen
Melden von Alarmen
Archivieren und Protokollieren von Meldungen und Produktionsdaten
Archivieren und Protokollieren von Messwerthistorien
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Für das Instandhaltungspersonal werden bereitgestellt:
Werkzeuge zur Fehlersuche in den PNK‘s
Diagnosefunktionen über den Zustand aller Hardware-Komponenten
des PLS
Aufbau
Als ABK‘s werden Workstations oder PC‘s verwendet
Multitasking-Betriebssysteme
Oberfläche soll akzeptiert werden, den Bediener führen und
Bedienfehler vermeiden helfen
Bildschirme haben eine Diagonale von 17“ bis 21“
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Engineering Workstation (EWS)
Konfigurieren aller Funktionen der PNK‘s (Verknüpfungen, Abläufe usw)
Konfigurieren aller Funktionen der ABK‘s
Erstellen einer Systemdokumentation über die gesamte Applikation
Erstellen anwenderspezifischer Software
Für das Instandhaltungspersonal werden bereitgestellt:
Werkzeuge zur Fehlersuche in den PNK‘s
Diagnosefunktionen über den Zustand aller Hardware-Komponenten
des PLS
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Leitrechnerkomponentenkomponente (LRK)
Erstellen und Verwalten von Rezepten bei Chargenproduktion
Teilanlagenkoordinierung
Auswerten von Produktionsläufen: Prozesssignale, Meldungen, Alarme
Erstellung von Protokollen
Zum Einsatz kommen Workstation und PC‘s
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Netzwerkkomponenten
Funktionen
Für die Kommunikation zwischen PNK, ABK und LRK werden
Verbindungen benötigt
Die zu sendende Nachricht hat den richtigen Empfänger zu erreichen
Eindeutige Identifikation beider durch Hostname,, IP-Adresse,
MAC-Adresse …
Benutzung von gesicherten oder ungesicherten Protokollen
Bei gesicherten Protokollen erhält der Absender eine Rückmeldung
Bei nicht einwandfreiem Empfang wird die Nachricht noch einmal
gesendet
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Topologie
Bus, Stern, Ring
Übertragungsmedien
Kupferkabel
Koaxialkabel
Verdrillte Doppeladern (Twisted Pairs)
Glasfaserkabel (Fiber Channel)
Leitungsfreie Übertragung (Wireless LAN)
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• Industrie-PC
- Hardware
Beeinflussung von Produktionsprozessen stellt besondere Anforderungen
an die Zuverlässigkeit der Hardware-Komponenten
Geräte müssen mechanischen Beanspruchungen wie Stößen und
Vibrationen in der Nähe laufender Maschinen standhalten.
Sie dürfen bei thermischer Belastung durch Außentemperaturen ( z.B.
5 … 60 °C) nicht ausfallen
Das Eindringen von Stäuben, Spritzwasser und Dämpfen in ihr
Gehäuse muss verhindert werden (IP-Schutzarten)
Eletromagnetische Verträglichkeit
Struktur von PLS / Trends / Industrie-PC
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Struktur von PLS / Trends / IP-Schutzarten
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- Betriebssystem
Ein Betriebssystem für die Automatisierungstechnik benötigt die
folgenden Eigenschaften:
Kurze Reaktionszeiten
Echtzeitfähigkeit
Stabilität
Multitasking
Modularität
Skalierbarkeit
Windows (2000, XP) stellt trotz der Kurzlebigkeit am PC-Markt
eine gewissen Investitionsschutz dar
Struktur von PLS / Trends / Betriebssystem
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Fehlende Realtimefähigkeit wird durch ein Zusatzmodul (z.B. Real
Time Extension) erreicht
Muss vom jeweiligen Hersteller angepasst werden
Schnelle Innovationszyklen und Versionswechsel bereiten bei der
Betreubarkeit von PC-Automatisierungssystemen Sorgen
In der Industrie beträgt die Anlagenlebensdauer 5 bis über 20 Jahre
Bei Instandhaltungsmaßnahmen müssen Hardware-Komponenten
ausgetauscht, Applikations-Software ergänzt und ggf. Fehler in der
Systemsoftware korrigiert werden
Beim PC-Einsatz hängt alles von der zukünftigen Kompatibilität ab
Struktur von PLS / Trends / Betriebssystem
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- Stand der Rechnernetzwerke
Leitsystemstruktur in PC-gestützten PLS
Der offene Bus, auch Factory-Bus genannt, stellt die Schnittstelle
zwischen dem PLS und den Verwaltungsfunktionen der
Betriebsleitebene dar.
Realisiert wird er durch den De-facto-Standard Ethernet mit dem
TCP/IP-Übertragungsprotokoll
Struktur von PLS / Trends / Rechnernetzwerke
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