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MSR/Prozessautomatisierung

Lohnende Migration

| Autor/ Redakteur: Redaktion PROCESS / Redaktion PROCESS

Die Sicherung der Investition in das Leitsystem steht im Vordergrund bei allen Überlegungen zur Modernisierung einer Anlage. An Werkzeuge zur Migration der Anwendersoftware werden hohe Erwartungen in Bezug auf Kosteneinsparungen gestellt. Dass beim Wechsel des Leitsystems auch mehr möglich ist als eine 1:1-Abbildung, zeigt das folgende Beispiel.

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( Archiv: Vogel Business Media )

Die Sicherung der Investition in das Leitsystem steht im Vordergrund bei allen Überlegungen zur Modernisierung einer Anlage. An Werkzeuge zur Migration der Anwendersoftware werden hohe Erwartungen in Bezug auf Kosteneinsparungen gestellt. Dass beim Wechsel des Leitsystems auch mehr möglich ist als eine 1:1-Abbildung, zeigt das folgende Beispiel.

"Never touch a running system“ - Diese Weisheit lässt sich leider nur für eine begrenzte Zeit durchhalten. Es gibt mehrere Gründe, bei Anlagenerweiterungen bzw. Modernisierungen auch über den Austausch des Leitsystems nachzudenken. Die wichtigsten Gründe sind:

  • Komponenten und Ersatzteile sind abgekündigt oder nicht mehr mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand zu beschaffen.
  • Das Ausfallrisiko des Systems und damit der Produktion steigt.Der ursprüngliche Lieferant wurde aufgekauft und bietet nun ein neues, aber inkompatibles Leitsystem an.
  • Behördliche Auflagen, z.B. zur Anlagen-Validierung sind mit der vorhandenen Technik nicht zu erfüllen.
  • Anlagenerweiterungen passen nicht mehr in die Reservekapazitäten des vorhandenen Leitsystems.

Für den Betriebsleiter oder Anlagenfahrer ist jeder Wechsel zunächst unerfreulich. Wird er doch ähnlich wie beim Einbau einer neuen Heizung im eigenen Heim bestenfalls als notwendiges Übel betrachtet. Doch es liegen auch viele Chancen in einem Wechsel. So lassen sich z.B. mehrere Warten zusammenfassen oder gar gleichartige Anlagen an verschiedenen Standorten dank moderner Netzwerk-Standards von einer Stelle aus fernsteuern.

Das spart Kosten, wenn z.B. die Nachtschicht mit reduziertem Personal gefahren werden kann. Dies war auch die Zielsetzung eines Modernisierungsprojektes für die Kälteanlagen eines großen Chemiebetriebes an allen drei Standorten. Ein weiterer wichtiger Vorteil neuer Systemtechnik ist der verbesserte Informationsschutz durch integrierte IT-Security-Mechanismen wie Firewall und Virtual Private Networks (VPN), vor allem aber auch User-Authentifizierung und -Autorisierung direkt im Leitsystem.

Gerade bei Standort-übergreifender Bedienung, wo öffentliche und damit angreifbare Netze genutzt werden, ist dies heute Pflicht. Last but not least sei als Vorteil die höhere Informationsdichte und die verbesserte Diagnoseinformation direkt in den Baustein-Bedienbilder (Faceplates) genannt.

Voraussetzung für die Investitionsentscheidung des Kunden war ein Standort übergreifendes und einheitliches Bedienen und Beobachten über die verschiedenen Leitsysteme aller drei Standorte. Eine Anlage war bereits mit Simatic PCS 7 von Siemens Automation and Drives (A&D) automatisiert, an den beiden anderen Standorten ist Freelance 2000 im Einsatz.

Ideal für jeden Anwender ist ein schrittweiser Übergang von einem vorhandenen auf ein neues Leitsystem. Es beginnt mit dem Austausch der Operator Station (OS). Sie hat in der Regel von allen Systemkomponenten die kürzeste Lebenserwartung, da die Innovationszyklen der eingesetzten PCs sehr kurz sind. Sind die vorhandenen Automatisierungsstationen (AS) – hier Freelance 2000 – vom bisherigen Lieferanten noch nicht abgekündigt, kann so deren Nutzungsdauer verlängert werden.

Das spart dem Anwender Kosten. Der Lieferant der neuen Leitstation – hier Siemens mit PCS 7 – muss dann auch detaillierte Kenntnisse über das Fremdsystem haben. Nur so ist die sichere Funktion der Anlage für die Dauer des Betriebes eines Mischsystems mit Komponenten verschiedener Hersteller sichergestellt. Diese Voraussetzungen waren erfüllt und damit das Gesamtkonzept auf Basis PCS 7 für den Kunden überzeugend.

Tool-gestützte Umstellung

Die Umstellung der OS-Objekte von Freelance auf PCS 7 erfolgt Tool-gestützt: Dabei werden die Anwenderkonfiguration der Freelance-AS auf bedienbare Objekte wie Funktionsbausteine mit Bediener-Faceplates untersucht und entsprechende Objekte auf den neuen Leitstationen PCS 7 angelegt. Die dafür eingesetzte Software Database Automation (DBA) verschaltet automatisch die Kommunikation der dynamischen Prozess-Signale über das zugehörige Kommunikations-Gateway. Fehler bei der Projektierung sind damit ausgeschlossen.

Der Anwender erhält als Ergebnis eine ANSI/ISA-88-konforme Anlagenhierarchie zur übersichtlichen Navigation und die Faceplates zur Bedienung der Funktionsbausteine in allen vorhandenen AS. Das einheitliche Erscheinungsbild der Baustein-Faceplates beider Systeme erleichtert die Arbeit des Bedieners. Er sieht keinen Unterschied, auf welcher AS er Bedieneingriffe vornimmt. Damit kann er sich voll auf die Überwachung des Prozesses konzentrieren, ohne wie bisher ständig Systemunterschiede beachten zu müssen.

Eine Tool-gestützte Umsetzung der statischen Grafikbilder ist in der Regel nicht gewünscht: Meist hat der Anwender auf Grund der langjährigen Betriebserfahrung ohnehin Änderungswünsche. Zudem sind Aggregate wie Pumpen, Reaktoren und dergleichen bei älteren Leitsystemen wie in diesem Beispiel in der Regel aus Grafik-Primitiven wie Rechtecken oder Linien erstellt und daher schon im Original kaum änderbar.

Die Symbolbibliothek in Simatic PCS 7 erlaubt es, schnell ansprechende Prozess-Grafiken zu erstellen, die auch später bei Erweiterungen einfach durch den Anwender anzupassen sind. Bei Änderungen der Konfiguration auf einer vorhandenen Freelance-AS muss dieser Vorgang allerdings immer wieder neu angestoßen werden, um zu prüfen, ob die Änderungen auch für die OS relevant sind und ob sie ggf. auch dorthin übertragen werden müssen (Change-Management). Damit unterliegt das DBA-Tool strengen Qualitätsanforderungen mit Blick auf Bedienerfreundlichkeit, fortdauernder Versionspflege und technischem Support via Hotline.

Gerade für den Support des Mischsystems mit Komponenten zweier Hersteller wie hier die AS von Freelance 2000 und die OS von PCS 7 ist wie bereits erwähnt eine detaillierte Kenntnis beider Systeme erforderlich. Der Anbieter von Simatic PCS 7 ist sich dessen bewusst und hält entsprechendes Expertenwissen vor.

Der zweite Schritt einer Leitsystem-Migration wäre der Austausch von Automatisierungsstationen (AS). Er wird deutlich komplexer: Dort ist das Verfahrens-Know-how des Anwenders gespeichert. Für eine wirkungsgleiche Überführung der Anwenderkonfiguration auf ein neues Zielsystem ist daher besondere Sorgfalt erforderlich.

Wegen zahlreicher Änderungen über die Jahre zur fortlaufenden Optimierung der Anlage stimmt die System-Dokumentation der Konfiguration aus der Zeit der Inbetriebnahme meist nicht mit der aktuellen Anlage überein. Erschwerend für einen Systemwechsel kommt oft hinzu, dass die Personen, die bei der Erstinbetriebsetzung der Anlage auf Anwender- und Lieferantenseite mitgewirkt haben und jetzt wertvolle Berater wären, häufig nicht mehr zur Verfügung stehen.

Auch hierfür gibt es datentechnische Hilfswerkzeuge zur automatischen Generierung von Teilen der Konfiguration im neuen Zielsystem. Anders als bei der oben beschriebenen OS-Migration ist dies aber ein einmaliger Vorgang. Es verbleiben jedoch Restarbeiten für die Teile, für die eine automatische Konvertierung nicht sinnvoll ist.

Das ist z.B. dann der Fall, wenn das Ergebnis durch eine explosionsartige Bausteinvermehrung bei der Nachbildung einer einzelnen Funktion (alt) durch mehrere Bausteine (neu) schnell unübersichtlich werden würde. Häufig lassen sich nämlich umgekehrt mit den deutlich leistungsfähigeren Bausteinen des neuen Systems Funktionspläne eher noch vereinfachen und übersichtlicher darstellen, was dem besseren Verständnis dient. Für diese speziellen Anpassungen ist also „Handarbeit“ der Anlagenspezialisten und Projekteure gefordert.

Parallelbetrieb als Hilfe

Für den Bediener ist die Umstellung auf ein völlig neues Leitsystem sicherlich am größten. Hat er sich doch über Jahre an die Fahrweise und Darstellungen der vorhandenen Leitebene gewöhnt. Selbst mit dessen eventuellen kleinen Unzulänglichkeiten weiß er umzugehen. Als vertrauensbildend und als Hilfe für einen durchgehend sicheren Prozessbetrieb hat sich bei einer OS-Migration der übergangsweise Parallelbetrieb der alten und der neuen OS erwiesen.

Wenn die Platzverhältnisse in der Warte es zulassen, stellt man die neuen Bildschirme und Eingabegeräte in die Nähe der bisher genutzten. Die Wirkung von Bedieneingriffen an der neuen OS kann der Bediener auf der alten überprüfen und in Situationen hoher Arbeitsbelastung kurzfristig wieder auf die vertraute OS zurückgreifen. Technisch ist hierfür folgendes zu beachten:

  • Alarmquittierungen müssen, egal wo sie getätigt wurden, auf beiden Systemen wirksam sein. Bei den meisten Prozessleitsystemen, so auch bei Freelance 2000, ist die Quittierinformation ohnehin im Baustein auf der AS gespeichert, sodass diese Anforderung leicht zu erfüllen ist.
  • Protokolle über Bedieneraktionen sind in der Regel auf der OS gespeichert. Somit sind diese nur in dem System, wo sie getätigt wurden protokolliert. Für die Übergangsdauer des Parallelbetriebs sind die Protokolle beider Systeme zu archivieren.

Ausblick

Investitionen in Modernisierungsmaßnahmen der Leitebene eines Prozessleitsystems zahlen sich bereits mittelfristig aus. Als unmittelbarer Mehrwert von heutigen modernen Systemen gegenüber der bisherigen Technik sind zu nennen:

  • vereinfachte Navigation mit verbesserter Anlagenübersicht für den Bediener;
  • verbesserte Diagnoseinformationen direkt im Faceplate und an der Messstelle.

Infolge weiterer Vernetzung und Globalisierung werden sich die zahlreichen Neuerungen von PCS 7 im Bereich IT-Security zukünftig als noch wichtigerer Mehrwert erweisen. Ein sog. „rollenbasiertes Management“ der Zugriffsrechte schützt vor unerlaubten Fehlbedienungen.

Integrierte Schutzmechanismen zur User-Authentifizierung schützen das System auch vor Angriffen von außen, weil jedem authentifizierten Bediener entsprechend seiner Rolle im Unternehmen nur bestimmte Eingriffe zugestanden werden. Dies ist ein wichtiger Aspekt in Zeiten der zunehmenden Vernetzung von Leitsystemen mit der Office-IT wie Manufacturing Execution Systems (MES) oder Enterprise Resource Planning (ERP) wie SAP.

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