25. AUGUST 2016

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Innovativ auf Lebensdauer


Integration - Moderne Leitsysteme sind leicht bedienbar und bieten eine Vielzahl neuer Möglichkeiten zur Kontrolle und Steuerung des gesamten Produktionsprozesses. Eine schrittweise Migration ermöglicht zudem die Integration von Altanlagen in die Informationskette.

Das zunehmende Vordringen von IT-basierten Lösungen in die Produktion eröffnet völlig neue Möglichkeiten zur Integration von Leitsystemen in die Prozesse. Sie reichen von neuartigen Bedien- und Beobachtungsmöglichkeiten über eine bessere Skalierbarkeit bis zu durchgängigen Redundanzkonzepten oder einer weltweiten Kommunikationsfähigkeit über Internet, etwa zu Fernwartung und Diagnose. Zudem werden zunehmend ERP-Systeme (Enterprise Resource Planning) in Automatisierungskonzepte einbezogen. Moderne Automatisierungstechnik mit ihrer dezentralen Intelligenz und Vernetzung entwickelt sich damit zu einem Managementsystem für Daten und Informationen mit dem Ziel, das Mehr an Informationen in einen effizienteren Anlagenbetrieb umzuwandeln. Mit den neuen Möglichkeiten wächst jedoch die Abhängigkeit der eingesetzten IT-Komponenten von den kurzen Innovationszyklen der Betriebssysteme und PCs. Dies verkürzt die wirtschaftliche Lebensdauer der Anlage, erhöht die Betriebskosten und birgt Risiken beim Umstieg zum falschen Zeitpunkt. Bei der Vielzahl verschiedener Softwareanbieter, die ihre Produkte nach eigener Innovationsstrategie und kaum zeitlich abgestimmt herausbringen, ist es für Betreiber eine große Herausforderung die Anlage auf dem neuesten Stand zu halten.

Komponenten austauschen
Für den wirtschaftlichen Betrieb von Produktionsanlagen über lange Zeiträume sollten sich deshalb die jeweiligen Komponenten am Ende ihrer Lebensdauer modular austauschen lassen. Eine Voraussetzung dafür ist die Standardisierung der Schnittstellen zwischen den einzelnen Systemkomponenten von Hardware, Betriebssystemen, Datenverwaltung und Anwendung. Schließlich muß die Anwendersoftware auch nach der Modernisierung problemlos auf beliebigen Hardwareplattformen laufen. Eine wesentliche Rolle spielen hierbei Feldstrategien, Datenaustauschformate wie OPC oder XML sowie Busstandards. Die Forderungen an die Leitsysteme lauten: leichte Bedienbarkeit auch beim Engineering, skalierbares Verfügbarkeitskonzept sowie Reduktion der Anzahl der benötigten Automatisierungskomponenten.

Horizontale Integration
Ein wichtiger aktueller Trend ist die horizontale Integration des Datenflusses entlang der gesamten Wertschöpfungskette vom Wareneingang über die Produktion bis zur Ausgangslogistik. Damit verschwinden die Grenzen zwischen den fertigungsorientierten und prozeßorientierten Teilen der Anlage, die bisher mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS oder PLC) beziehungsweise mit Prozeßleitsystemen (DCS) automatisisert wurden. Eine Integration von PLC- und DCS-Systemen reduziert deshalb die Kosten für Engineering, Test, Inbetriebnahme, Ersatzteillagerhaltung und Ausbildung für die unterschiedlichen Automatisierungskomponenten und schließt gleichzeitig die Informationslücke, die durch den Einsatz unterschiedlicher Systeme entsteht. So nutzt Siemens bei dem Prozeßleitsystem Simatic PCS 7 die gleichen Controller, die gleichen Engineering- Werkzeuge und den gleichen Feldbus wie in der diskreten Fertigung. Auf einer Operatorstation lassen sich damit die Daten der gesamten Anlage bedienen und beobachten. Zudem stehen neue Funktionalitäten wie Component Based Engineering, Simulation technischer Prozesse, Prozeßoptimierung, intelligente Diagnose und der Einsatz von Internet-Technologien prozeßweit zur Verfügung. Wichtig ist außerdem die hochverfügbare und redundante Auslegung von systemkritischen Komponenten des Leitsystems, damit deren Ausfall nicht zum Ausfall von Anlagenteilen führt. Um die Kosten für Anschaffung und Wartung nicht zu sehr zu steigern, wird in der Praxis meist für jede einzelne Komponente bewertet, welche Auswirkungen ihr Ausfall hätte und ob das daraus resultierende Risiko eine redundante Auslegung begründet. Moderne Leitsysteme müssen deshalb eine hohe Flexibilität bieten, um alle möglichen Anlagenkonfigurationen zu unterstützen. Die Simatic PCS 7 erlaubt es, zwei voneinander unabhängige und hochverfügbare Automatisierungsstationen redundant und bis zu 500 Meter räumlich getrennt zu installieren. Eine stoßfreie Umschaltung innerhalb von etwa 50 Millisekunden vermeidet unzulässige Signalflankenwechsel, gibt bereits ausgegebene Impulse nicht nochmals aus und garantiert einen reibungsfreien Betrieb auch bei schnellen Regelungsaufgaben. Die Kommunikation mit Remote-I/O-Stationen erfolgt mit redundantem Profibus als Feldbus. Damit auch Altanlagen mit in die Informationskette einbezogen werden können, bietet Siemens den Anlagenbetreibern maßgeschneiderte Migrationslösungen zur Modernisierung von Prozeßleitsystemen an. In vielen Anlagen laufen noch alte Visualisierungssysteme wie Coros LS oder Leitsysteme wie Teleperm M, die zum Teil schon seit Jahren nicht mehr unterstützt werden; ähnliches gilt für speicherprogrammierbare Steuerungen vom Typ Simatic S5 oder AEG Modicon. Entsprechend teuer und schwierig wird deshalb die Versorgung mit Ersatzteilen.

Stufenweise Migration
Eine stufenweise Migration ermöglicht es, solche Systeme in den Produktionsanlagen individuell und gezielt zu modernisieren. So erleichtert etwa der Ersatz von Coros-Visualisierungssystemen durch eine aktuelle Lösung wie Simatic WinCC nicht nur den Betrieb der Anlage, sondern bietet bei Bedarf auch die Möglichkeit, die Prozeßleittechnik über einen Terminalbus oder einen Fast- Ethernet-Anschluß an Manufacturing Execution Systeme (MES) wie Simatic IT zu koppeln. Auch bei mit dem Leitsystem Teleperm M ausgerüsteten Anlagen lassen sich Bedien- und Automatisierungssysteme stufenweise auf das Leitsystem Simatic PCS7 umrüsten. Mit dem Austausch von Simatic S5- und AEG-Komponenten gegen Simatic-S7-Steuerungen verbessert sich die Maschinen- und Anlagendiagnose - eine wesentliche Voraussetzung für eine vorbeugende Instandhaltungsstrategie oder die Aufnahme sogenannter Key Performance Indikatoren (KPI). Zur weiteren Optimierung der prozeßnahen Automatisierung läßt sich zudem das vorhandene Bussystem durch eine moderne Fast-Ethernet-Anbindung ersetzen. In diesem schrittweisen und anlagenbezogenen Umstieg auf neue Systeme werden die Anlagen evaluiert und eine individuelle Migrationsstrategie erstellt. Danach erfolgt das Auslesen der Anlagendaten sowie deren Analyse und Aufbereitung. Im Anschluß werden die Daten der Bedien- und Beobachtungssysteme sowie der Automatisierungssysteme so weit wie möglich toolgestützt migriert. So bleibt das Engineering- Know-how weitgehend erhalten. Für die Neuprojektierung nicht automatisch übertragbarer Strukturen erarbeitet Siemens zudem Lösungen und beschafft eventuell benötigte Hard- und Software.
Uwe Riese; Siemens AG, Industrial Solutions & Services, Karlsruhe

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