Next Generation Ein Prozessleitsystem geht in die nächste Runde

Forschungs- und Entwicklungsabteilungen sind die Innovationsmotoren in Unternehmen. Hier werden die Weichen für die Zukunft gestellt, Erfindungen gemacht und Produkte verbessert. Auch bei komplexen Prozessleitsystemen wird kontinuierlich Entwicklungsarbeit geleistet. Eine neue Version beruht auf einer Fülle von Neuerungen, die hauptsächlich einem Zweck dienen: den Betreibern einen echten Mehrwert für ihre Anlagen zu bieten.

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Siemens AG

Im Jahr 1996 stellte die Siemens AG in Rotterdam ihr erstes SPS-basiertes Prozessleitsystem vor, das einem vollkommen neuen Ansatz folgte und eine gemeinsame Plattform sowohl für PLC als auch für SPS hatte. Dieser technische Ansatz wurde zunächst von vielen Kunden mit Skepsis betrachtet.Dennoch hat sich dieser als richtig erwiesen. Siemens hat damit einen Trend am Markt gesetzt, der heute auch von anderen Herstellern aufgenommen wird.Über die Jahre wurde das Prozessleitsystem Simatic PCS 7 kontinuierlich technisch weiterentwickelt: wie Client/Server Architektur, Fehlersichere Systeme sowie gesteigerte Performance und erweiterte Skalierbarkeit. Als zentraler Bestandteil von TIA (Totallly Integrated Automation) ist Simatic PCS 7 mittlerweile rund um den Globus tausendfach erfolgreich im Einsatz. Elf Jahre nach Vorstellung der ersten Version präsentiert die Siemens AG im Jahr 2007 die siebte Version ihres Prozessleitsystems, die Anlagenbetreibern auf diversen Gebieten weiteren entscheidenden Mehrwert bietet.

Mehr Sicherheit

Die häufigsten Gründe für ungeplante Anlagenstillstände sind Fehlbedienungen aufgrund mangelnder effektiver Abarbeitung von Anlagen-Alarmen. Das ist kaum verwunderlich, wenn man die Anzahl eingehender Alarme mit der Zahl der real bearbeitbaren vergleicht. Untersuchungen der Interessengemeinschaft Automatisierungstechnik in der Prozessindustrie, Namur, zufolge liegt die Zahl der durch die Bedienmannschaften bearbeitbaren Alarme in verfahrenstechnischen Anlagen bei etwa 150 pro Tag. Das tatsächliche Alarmaufkommen liegt jedoch um ein Vielfaches darüber. Bei petrochemischen Anlagen geht man z.B. von 1500 eingehenden Alarmen täglich aus. Die wenigsten dieser Meldungen sind für den sicheren Betrieb der Anlage relevant. Problematisch ist aber die Tatsache, dass diese sicherheitsrelevanten Meldungen in der Flut minderwichtiger Alarme untergehen.

Mit Simatic PCS 7 V7.0 erhalten Anlagenbetreiber ein integriertes Alarm-Management-System, das weiterhin sämtliche Meldungen protokolliert, irrelevante aber auf den Operator Stations ausblendet. Mithilfe dieses so genannten „Smart Alarm Hiding“ werden bis zu einem Drittel der minderwichtigen Alarme dynamisch ausgeblendet. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, dass Bediener Alarme manuell ausblenden können, z.B. Flatteralarme infolge eines Geberdefekts. Diese manuell ausgeblendeten Alarme werden nach definierten Zeitintervallen wieder eingeblendet, damit kein Alarm verloren geht. Das anwenderfreundliche System trägt wesentlich zur Entlastung des Bedienpersonals bei und schafft so Zeit für die Bearbeitung sicherheitsrelevanter Alarmmeldungen. Zusätzlich werden Operator vom System dank Alarmpriorisierung, Alarmkategorisierung und erweiterten Handlungsanweisungen bei bestimmten Alarmen aktiv in ihrer Arbeit unterstützt.

Industrial Security

Eine ganz andere Form von Sicherheit bietet das umfassende Industrial Security-Konzept der Version 7.0 Die zunehmende Vernetzung einzelner Anlagenebenen und die verbreitete Verwendung von Standard-IT-Systemen auf Microsoft Windows Basis erhöhen die Gefahr von Hacker-Angriffen auf Automatisierungs- und Prozessleitsysteme. Für die Gewährleistung der Anlagensicherheit wurde daher ein umfassendes Security-Konzept aufgestellt. Es basiert auf dem abgestimmten Zusammenwirken verschiedener Einzelmaßnahmen wie Verschlüsselung oder Firewalls und einer tiefengestaffelten Sicherheitsarchitektur. Dazu wird die Gesamtanlage in einzelne Sicherheitszellen mit definierten und überwachten Zugangspunkten aufgeteilt. Die Summe aus in sich sicheren und geschlossenen Zellen ergibt ein abgesichertes Gesamtsystem. Eine zentrale Nutzerverwaltung gewährleistet, dass nur eindeutig authentifizierte Nutzer mit klar definierten Rollen und Rechten Zugang zum System erhalten. Die Nutzerverwaltung setzt auf der Windows Benutzerverwaltung auf und ist voll in die Engineering und Operator Umgebung sowie in Simatic Batch integriert.

Das Sicherheitskonzept umfasst nicht nur ein effizientes Management von Microsoft Patches und Unterstützung sowohl der Windows Firewall wie auch der Simatic Scalance S Security-Module. Es bietet auch die einfache Integrationsmöglichkeit der wichtigsten Virenscanner, die in der Automatisierungstechnik eingesetzt werden.

Mehr Flexibilität

Für die Anbindung der Feldebene haben sich auf dem Markt verschiedene Standards etabliert, z.B. Profibus oder Hart. Um den Anlagenbetreibern mehr Möglichkeiten und vor allem Freiheiten bei der Anbindung von Feldgeräten zu sichern, stellt die neue Version von Simatic PCS 7 nun auch Schnittstellen gemäß Foundation Fieldbus bereit. So wird dem Anwender der Zugang zu einem breiten Angebot an Foundation Fieldbus-Feldgeräten geöffnet; gleichzeitig profitiert er von den Vorteilen des zentralen Engineerings, detaillierter Diagnosemöglichkeiten und der Einbindung dieser Geräte ins Anlagennahe Asset Management. Ein weiteres Novum bietet mehr Möglichkeiten bei der Instandhaltung der Anlage: die Einbindung nicht-intelligenter Anlagenkomponenten ins Anlagennahe Asset Management. Zur Überwachung von mechanischen Assets wie Wärmetauschern, Tanks, Pumpen, Motoren etc. sowie Package Units wurde ein AS-Stellvertreter-Baustein entwickelt. Mithilfe dieses programmierbaren Logikbausteins können aus verschiedenen Prozesswerten und deren Abweichungen von definierten Normzuständen unzulässige Betriebszustände ermittelt werden. Über diesen AS-Baustein lassen sich Maintenance-Alarme ins Asset Management-System einspeisen, die dem Servicepersonal auf der Maintenance Station angezeigt werden. So lassen sich aber auch individuelle Diagnosestrukturen aufbauen, mit eigenen Diagnoseregeln und Condition Monitoring-Funktionalitäten.

Mehr Verfügbarkeit

Selbstverständlich ist erhöhte Anlagenverfügbarkeit eines der zentralen Mehrwertthemen für Anlagenbetreiber. Ihr widmen sich die Entwicklerteams von Prozessleitsystemen daher in besonderem Maße. Bei Siemens setzte man für die neue Version den Fokus auf Profibus PA. Profibus ist als leistungsfähiges und robustes Echtzeit-Bussystem bekannt und etabliert. Während Profibus DP für die Kommunikation mit dezentralen Feldgeräten entwickelt wurde und mit einem Redundanzkonzept ausgestattet ist, war Profibus PA, der per Zwei-drahtleitung nicht nur Kommunikation, sondern auch Stromversorgung ermöglicht, bislang nicht redundant ausgelegt. Ein neu entwickeltes Konzept, das hardwaretechnisch aus Kopplern und intelligenten Feldverteilern besteht, schließt nun diese Lücke.

Mit der patentierten Technik erfahren Anlagenbetreiber bei vergleichbarer Verdrahtung eine neue Form von Anlagenverfügbarkeit bis in die Ex-Zone 2. Volle Prozesskontrolle bleibt mit redundantem Profibus PA gewährleistet, bei Kopplerausfällen, Kurzschlüssen und Leitungsbruch ebenso wie bei Fehlen der Busterminierung. Das Konzept ist zudem skalierbar ausgelegt und reicht von einfacher Kopplerredundanz bis zu voller Ringredundanz. Der redundante Profibus PA Ring kann jederzeit durch Hinzufügen oder Entfernen aktiver Feldverteiler (AFD) vergrößert oder verkleinert werden – auch im laufenden Betrieb. Die mit dem Koppler verbundenen Geräte lassen sich über Simatic PDM auf den Operator Stations visualisieren. Die Koppler sind zudem über EDD (Electronic Device Description) ins anlagennahe Asset Management-System integrierbar, dem Anlagenbetreiber stehen also umfangreiche Diagnose- und Monitoring-Möglichkeiten zur Verfügung.

Mehr Nutzen

Validierungspflichtige Anlagen, wie sie hauptsächlich in der Pharmaindustrie zu finden sind, stellen erhöhte Anforderungen an Rückverfolgbarkeit und Archivierung. Die Forderungen der FDA (Food & Drug Administration) sehen u.a. Zugangskontrolle, Versionsmanagement und Rückverfolgbarkeit über Änderungsprotokolle vor. Nicht nur Betreiber validierungspflichtiger Anlagen profitieren von der Umsetzung dieser Forderungen im Leitsystem. Die Aufzeichnungsmöglichkeiten des Änderungslogbuchs reichen von sämtlichen Online-Änderungen in Automatisierungs- und Operator-Systemen, Batch-Verwaltung oder Route-Control-Änderungen bis zur Aufzeichnung von Bibliotheks-Änderungen und CFC- bzw. SFC-Elementen. So lassen sich komplette Projektstände aufzeichnen und über mitgelieferte Tools sogar vergleichen und können so einfach rekonstruiert werden. Das bietet Betreibern im Hinblick auf Prozessoptimierungen deutlichen Mehrwert.

Dasselbe gilt für die Bereitstellung von Prozessdaten. Übergeordnete Systeme zur Prozessdatenauswertung sowie Produktionsplanungssysteme sind die wichtigsten Hebel für Prozessoptimierung und Betriebskostensenkung. Je größer die bereitgestellte Datenbasis, desto sicherer sind die Aussagen dieser Systeme. In Simatic PCS 7 V7.0 ist für erhöhte Verfügbarkeit von Prozessdaten die Schnittstelle OpenPCS 7 implementiert. Sie basiert auf den OPC-Spezifikationen (OLE for Process Control), dem Standard zur herstellerübergreifenden Kommunikation in der Automatisierungstechnik. Ein optionales OpenPCS 7 Client/Server-Paket erleichtert den Zugriff auf Prozessdaten, die nun an einer zentralen Stelle zusammenlaufen und so nicht, wie sonst üblich, zeit- und ortsabhängig im Gesamtsystem verteilt sind. Betreibern wird so der schnelle und unkomplizierte Zugriff auf Echtzeit-Prozesswerte, archivierte Prozesswerte und Alarme und Meldungen über OpenPCS 7 ermöglicht. Die Summe dieser Zusatzfunktionen und weitere Detailverbesserungen ergeben ein zuverlässiges und nutzerfreundliches Prozessleitsystem, das kaum Wünsche offen lässt und beweist: Anlagenbetreiber aus allen Industrien haben mehr davon. n

Die Autorin ist Mitarbeiterin bei Siemens A&D, Karlsruhe.

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