Das klassische Prozessleitsystem (DCS) ist seit fast 30 Jahren im Einsatz. In diesen 30 Jahren haben sich Computer- und Netzwerktechnologien rasant weiterentwickelt, und fast täglich kommen neue Produkte auf den Markt. Die Systemstruktur industrieller Steuerungssysteme bleibt jedoch, unabhängig von ihrer Generation, relativ stabil. Ein einzelnes System kann mindestens 15 Jahre lang betrieben werden. Vergleicht man die Steuerung, das Netzwerk und die Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI, hauptsächlich die Bedienerstation) eines DCS, so weist die HMI eine höhere Ausfallrate auf. Dies liegt daran, dass die Festplatte der Bedienerstation bewegliche Teile enthält und daher anfällig für Ausfälle ist. Auch die Tastatur, die wiederholte Bedienung durch die Bediener und der kontinuierliche 24-Stunden-Betrieb des Bildschirms tragen zu dessen Verschleiß bei. Darüber hinaus verkürzen seine elektromagnetischen Eigenschaften seine Lebensdauer. Während der Lebensdauer des DCS muss die Bedienerstation mindestens einmal ausgetauscht werden. Wird sie nicht ausgetauscht, führt der Betrieb eines DCS, das 7–8 Jahre in Betrieb ist, zu zahlreichen Ausfällen der Bedienerstation und den hohen Kosten und mitunter Schwierigkeiten bei der Beschaffung neuer Festplatten und Bildschirme. Die Verwerfung des gesamten Systems würde einen Verlust von Millionen von Dollar an Investitionen bedeuten, was sehr bedauerlich wäre. Darüber hinaus erfordern technologische Fortschritte auch Modernisierungen der Bedienerstationen. Vor den 1990er-Jahren wurden DCS-Systeme, einschließlich Bedienerstationen, Steuerungen sowie Netzwerk-Hardware und -Software, ausschließlich von den DCS-Herstellern selbst entwickelt – sie waren also proprietär. Die Anzeigesoftware, die Datenbank und die Treibersoftware der Bedienerstationen waren nicht modular aufgebaut; Anzeige- und Steuerungstreiber waren eng miteinander verknüpft. Da einige gesteuerte Objekte die Steuerung und Anzeige zahlreicher Tags erforderten – ein 300-MW-Kraftwerk konnte über 8000 Tags haben –, waren die ursprünglichen Bedienerstationen hinsichtlich CPU-Geschwindigkeit und Speicherkapazität unzureichend. Die Entwicklung eigener Bedienerstationen war zu kostspielig, und selbst nach Fertigstellung erfüllten diese möglicherweise nicht die Anforderungen. Bei einer geringen Anzahl von Tags konnten selbstentwickelte Systeme funktionieren, die über eine serielle Schnittstelle mit der Bedienerstation verbunden waren. Mit der zunehmenden Anzahl von Tags reichten serielle Verbindungen jedoch nicht mehr aus. Nach den 1990er-Jahren begannen einige Hersteller, für ihre DCS-Bedienstationen Allzweckrechner wie Minicomputer von Sun und DEC einzusetzen. Die Verbindung zwischen der dedizierten DCS-Netzwerkschnittstelle und der Bedienstation erfolgte über den SCSI-Bus (Small Computer System Interface). Dies verbesserte die Übertragungsgeschwindigkeit von der Schnittstelle zur Bedienstation erheblich. SCSI ist ein von IBM entwickelter Bus. Die maximale Übertragungsdistanz beträgt 25 Meter, liegt aber üblicherweise unter 3 Metern. SCSI I bietet eine Übertragungsgeschwindigkeit von 5 MB/s. An jeden Bus können 8 Geräte angeschlossen werden. SCSI II Basic erreicht eine Übertragungsgeschwindigkeit von 10 MB/s. Ultra SCSI bietet 20 MB/s und kann 16 Geräte an jeden Bus anschließen. Die RS232-Verbindung ermöglicht eine Datenübertragungsgeschwindigkeit von 300 Datenpaketen/s, während SCSI I 1000 Datenpakete/s erreicht. Dedizierte DCS-Schnittstellen und Bedienstationen nutzen hauptsächlich den SCSI-I-Bus. Sowohl die dedizierte DCS-Schnittstelle als auch der Bedienerarbeitsplatz werden als Knoten im SCSI-I-Netzwerk behandelt. Theoretisch dienen Bandlaufwerke oder externe Festplatten zusätzlich als Backup für die DCS-Systemsoftware. Aus Sicherheits- und Zuverlässigkeitsgründen werden Bedienerfestplatten, Bandlaufwerke, externe Festplatten und optische Laufwerke als SCSI-Knoten verwendet. Diese Backup-Methode bewahrt Daten länger auf als Disketten-Backups, die nach wenigen Nutzungen beschädigt werden können. Dedizierte DCS-Schnittstellen bestehen typischerweise aus mehreren Karten. Von diesen Karten sind die anderen, wie beispielsweise die Stromversorgungskarte, für den ordnungsgemäßen Betrieb der beiden Hauptkarten unerlässlich. Zwei dieser Karten sind die Hauptkarten: eine ist mit einem dedizierten Netzwerk und die andere mit dem Bedienerarbeitsplatz verbunden. Der Datenaustausch findet zwischen diesen beiden Karten statt. Die Übertragungsgeschwindigkeit der Daten an den Bedienerarbeitsplatz wird primär durch die Datenübertragungsgeschwindigkeit zwischen diesen beiden Karten bestimmt. Beispielsweise verwendet die ICI-Schnittstelle des INFI90 acht parallele Leitungen mit einer Geschwindigkeit von jeweils ca. 512 KByte/s, sodass selbst eine höhere SCSI-Geschwindigkeit keinen Effekt hat. Es ist jedoch deutlich schneller als RS232. Ende der 1990er-Jahre begann die Modularisierung der Bedienersoftware, wodurch Anzeige- und Treiberfunktionen getrennt wurden. Nach 2000 waren PCs die primären Host-Computer für DCS-Systeme. Die Bedienersoftware wurde in Anzeige- und Datenbankkomponenten sowie Treibersoftware unterteilt. Um die Interoperabilität mit Anwendungen von Drittanbietern zu gewährleisten, nutzte die Bedienersoftware OPC-, DDE-, ODBC- und API-Methoden. Sie umfasste außerdem Schnittstellen für benutzerdefinierte Software, bot Schulungen für Systembediener an und ermöglichte es dem technischen Personal, das gesteuerte Objekt und das Steuerungssystem zu analysieren und zu simulieren, um Systemausfälle zu minimieren und die Fähigkeit des Steuerungssystems zur Behebung von Störungen zu testen. Bedienerstationen in DCS-Systemen vor 1995 verfügten nicht über diese Funktionalitäten. Ab Mitte der 1990er-Jahre begannen Bedienerstationen, OPC- und API-Softwareschnittstellen zu integrieren, insbesondere universelle Überwachungssoftware, die Suiten, Simulationsschnittstellen und umfangreiche Skriptfunktionen bot. Diese boten inhärente Vorteile als Ersatz für DCS-Bediener. Einige DCS-Hersteller entwickelten bestimmte Funktionen nur langsam. Beispielsweise hinkte die Bedienerstation INFI90 CONDUCTOR NT, obwohl sie Mitte bis Ende der 1990er-Jahre eingeführt wurde, den aktuellen Trends in der Funktionsentwicklung von Bedienerstationen hinterher und stürzte in der Anfangsphase häufig ab. Das vom Prozessleitsystem (DCS) abgeleitete Kommunikationssystem lässt sich in drei Teile gliedern. Erstens liest die Datenquelle Echtzeitdaten vom DCS und sendet sie an eine Software, die als „Anwendung“ bezeichnet wird. Diese umfasst typischerweise historische Datenstationen, Optimierungsberechnungen und Webanwendungen. Historische Datenstationen und Datenbanken sind üblicherweise getrennt, wie beispielsweise bei Honeywells PhD, ASPENs IP.21 und OSIs PI. Schließlich werden die Daten in einer relationalen Datenbank wie SQL oder Oracle gespeichert, oder die relationale Datenbank kann in die historische Datenstation integriert sein. Der Datenaustausch zwischen Datenquelle und Anwendung kann über OPC, DDE, ODBC und APIs erfolgen. Das DCS kann problemlos mit historischen Datenstationen im Informationssystem verbunden werden. Das Informationssystem verwendet Ethernet-Verbindungen. Als Verbindungsmethoden stehen Stern- und Ringtopologien zur Verfügung. Ringtopologien sind eine relativ neue Verbindungsmethode. Da Informationssysteme Echtzeitdaten vom Prozessleitsystem (DCS) benötigen und ältere DCS-Bedienstationen geschlossen waren und keine Mensch-Maschine-Schnittstelle für Echtzeitdaten boten, entstanden Ende der 1990er-Jahre offene alternative Bedienstationen. Die Überwachungssoftware iFIX und INTOUCH bieten zahlreiche online entwickelte Softwarepakete, darunter Echtzeitdatenbanken wie HISTORIAN und INSQL, die sich mit relationalen Datenbanken verbinden und kostengünstiger als die Echtzeitdatenbanken von PI und IP.21 sind. Diese Pakete beinhalten auch Webfunktionen, die die Fernüberwachung erheblich erleichtern. Ende der 1990er-Jahre wurden diese beiden Softwareprogramme häufig als Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMIs) in speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) eingesetzt. Frühe SPS unterstützten lediglich die Ein/Aus-Steuerung, während SPS der späten 1990er-Jahre eine analoge Regelung im geschlossenen Regelkreis ermöglichten, was ohne CRT-basierte Anzeigekomponenten äußerst unpraktisch gewesen wäre. Gleichzeitig entwickelten nur wenige SPS-Hersteller eigene Überwachungssoftware. Selbst diejenigen, die dies taten, bevorzugten diese beiden universellen Softwareprogramme. Bei der Verwendung von SPSen in Systemen waren iFIX und INTOUCH weit verbreitet, später kam vereinzelt CiteCT zum Einsatz. Aufgrund der begrenzten Anzahl an verfügbaren Treibersoftware-Optionen für CiteCT wurde es jedoch seltener als Ersatz für Bedienerstationen in DCS-Systemen verwendet. iFIX und INTOUCH bieten zahlreiche DCS-Treibersoftware-Optionen und lassen sich daher mit minimalem Entwicklungsaufwand problemlos in DCS-Bedienerstationen integrieren. Die Vorteile alternativer Bedienerstationen liegen in ihrer Offenheit: Sie können Online-Suiten nutzen oder als Middleware fungieren. Sie sind mit vielen anderen Softwareprogrammen kompatibel, was die Entwicklung von Informationssystemen vereinfacht, und sie sind weniger anfällig für Systemabstürze. Die Existenz alternativer Bedienerstationen auf dem Markt ist darauf zurückzuführen, dass die Bedienerstationen der DCS-Hersteller nicht offen genug sind oder nicht den aktuellen Trends entsprechen. Dies zeigt sich darin, dass einige neue DCS-Bedienerstationen nur kurze Zeit auf dem Markt bleiben. Wenn sich neue DCS-Systeme gut verkaufen, versuchen die Hersteller, ältere DCS-Systeme mit einem signifikanten Marktanteil auf ihre Systeme zu migrieren, um Marktanteile zu gewinnen. Beispiele hierfür sind die Migration von N90 und INFI90 auf die Systeme DELTA V und OVATION von Emerson. Die Anzeigesoftware und die Datenbank der Bedienerstation stammen von DELTA V bzw. OVATION. Durch den Kauf der Treibersoftware für N90 oder INFI90, die im Wesentlichen ein OPC-Server ist, und deren Weiterentwicklung wird diese zur Bedienerstation für das migrierte System. Sowohl DELTA V als auch OVATION nutzen OPC-Server von Rovisys. Nach der Systemmigration bleibt die Prozesssteuereinheit (PCU) INFI90 (N90) vorerst unverändert. Soll dem gesteuerten Objekt ein Regler hinzugefügt werden, kann entweder DELTA V oder OVATION verwendet werden. OVATION-Systeme werden häufiger in Kraftwerkssteuerungsanwendungen eingesetzt. DELTA V findet breitere Anwendung in der Chemie-, Petrochemie-, Zement- und Glasindustrie. Abbildung 1 zeigt eine Migration auf ein DELTA V-System. In Abbildung 1 ist die APP Station die Datenbank, die vom OPC-Server von Rovisys auf die DELTA V-Bedienerstation übertragen wurde. WS Pro+ ist für Ingenieur- und Bedienerstationen vorgesehen, WS OP hingegen nur für die Bedienerstation. WS Pro+ ist für jedes System erforderlich und autorisiert WS OP. Aus Sicherheitsgründen können zwei ICIs (CIUs) und zwei APP-Stationen redundant betrieben werden. Zur Steigerung der Übertragungsgeschwindigkeit können zwei ICIs auch ohne Redundanz eingesetzt werden, wobei die Daten an dieselbe APP-Station gesendet werden, wodurch sich die Geschwindigkeit potenziell verdoppelt. Dies ist optional. Ist bereits ein SCSI-Bus in Betrieb, ist Letzteres nicht notwendig. Es gibt verschiedene Arten der Systemmigration, die einfachste ist jedoch die Anpassung der Bedienerstation. Da der ursprüngliche INFI90-Controller IEMFPXX (NMFCXX) über leistungsstarke Funktionen und eine benutzerfreundliche Konfigurationsmethode für Ingenieurstationen verfügt, ist er weit verbreitet und hat einen großen Marktanteil. Später wurde das System aufgrund von Einschränkungen in Ethernet-Anwendungen, der fehlenden Feldbusanbindung des Controllers, der fehlenden Echtzeitdatenbereitstellung für das Informationssystem, der unzureichenden Funktionalität der Mensch-Maschine-Schnittstelle, des Fehlens von historischen Stationen zur Speicherung umfangreicher historischer Daten, fehlender Simulationsfunktionen und fehlender ActiveX-Unterstützung auf neuere DCS-Systeme migriert. Nicht nur das System von Emerson wurde auf das Bailey-System umgestellt, sondern auch das A2-System von Foxboro. Aktuell bleibt die alte INFI90-PCU durch die Migration unverändert; die Bedienerstation kann sowohl für das alte als auch für das neue DCS genutzt werden. Bei Bedarf kann ein Controller für das neue DCS hinzugefügt werden, und in einigen Jahren kann auch die PCU durch den neuen DCS-Controller ersetzt werden. Das alte INFI90-System wird dann nicht mehr benötigt. Um Investitionen zu schützen und Änderungen an der Feldverdrahtung zu vermeiden, kann der Klemmenblock des INFI90-Systems beibehalten werden. Das neue DCS hat sich in diesem Markt etabliert. Da die INFI90-Bedieneinheit CONDUCTOR NT verwendet, weicht sie in einigen Aspekten von aktuellen Standards ab. Viele Unternehmen, die Ersatzbedieneinheiten entwickeln können, haben neue Alternativen entwickelt, wodurch eine große Vielfalt an Ersatzmodellen entstanden ist. Zahlreiche ausländische Engineering-Unternehmen modernisieren Bedieneinheiten für N90- und INFI90-Systeme. Auch ABB selbst arbeitet an der Migration von INFI90 (N90) auf AC800. Dieses System ist jedoch noch nicht auf dem Markt erhältlich. Das in meinem Land verwendete Upgrade-System für INFI90 ist 800XA. Laut Internetrecherchen ist der aktuelle Controller für das 800XA-System der BRC 300 (Bridge Controller), der in der MMU im PCU-Schrank installiert ist. Dieser Controller ist mit dem ursprünglichen IMMFPXX kompatibel. Der BRC300 ist außerdem mit dem Controlway verbunden. Der Controlway ist über die Schnittstellen NIS und NPM mit dem dedizierten Netzwerk INFINET verbunden. Die Mensch-Maschine-Schnittstelle (PPB) und die Ingenieurstation (COMPOSER) sind über eine dedizierte Schnittstelle ICI (CIU) mit INFINET verbunden. Die Bedienerstation PPB ist relativ offen gestaltet und verfügt zudem über eine Simulationsschnittstelle. Die HMI-Software umfasst Anlagenmanagement- und Chargensteuerungssoftware. Die E/A-Module des BRC300 können S800 nutzen und sind somit mit dem Feldbus verbunden. Das Informationssystem verwendet eine Ethernet-Ringtopologie, die im Vergleich zu einer Sterntopologie teurer ist. Die Migration des INFI90-Systems auf AC800 ist mit Kommunikationsproblemen verbunden und erfordert weiteren Aufwand. Honeywells neues System PKS ist nicht kompatibel mit TDC3000- und TPS-Systemen, und ältere Systeme wurden bereits auf andere Systeme migriert. Yokogawas DCS-System ist zwar weit verbreitet, wurde aber noch nicht auf neue Systeme migriert. Dies liegt daran, dass die Bedienerstationen japanischer DCS-Systeme keine modulare Anzeige- und Steuerungssoftware bieten und ihre Kommunikation eng verzahnt ist. Die neue Bedienerstation HIS ist eine Eigenentwicklung. HIS umfasst OPC- und DDE-Server. HIS kann als Bedienerstation für die Systeme CS1000 und CS3000 sowie für das ZL-System fungieren. Bei Verwendung als Bedienerstation für das ZL-System wird ABC11 mit dem RL-Netzwerk des ursprünglichen ZL-Systems verbunden, und die HIS-Bedienerstation wird an ABC11 angeschlossen. ABC11 kann redundant ausgelegt sein; mehrere HIS-Bedienerstationen können über den VL-Bus mit ABC11 verbunden werden (siehe Abbildung 2). Unabhängig davon, ob eine Bedienerstation ersetzt oder ein System migriert wird, kann eine Bedienerstation ausschließlich als Bedienerstation verwendet werden; sie kann nicht als Engineering-Station für das alte DCS dienen, d. h. sie kann nicht zur Konfiguration von Steuerungsstrategien für die alten DCS-Controller verwendet werden. Auch die von Yokogawa bereitgestellte HIS-Bedienerstation kann nur als Bedienerstation fungieren; die alte Engineering-Station muss beibehalten werden. Die alte Engineering-Station ist mit dem ursprünglichen DCS-Netzwerk verbunden. Die migrierte Bedienerstation enthält ebenfalls eine Engineering-Station, die ausschließlich zum Zeichnen von Diagrammen für die neue Bedienerstation und zum Konfigurieren neu hinzugefügter Controller verwendet werden kann. Die Ingenieurstation von Emerson hat außerdem die Funktion, als Lizenznehmer für die neue Bedienerstation zu fungieren.