Zusammenfassung: Dieser Artikel beschreibt kurz die Prinzipien von Soft-SPS und Soft-DCS, stellt integrierte Software zur Automatisierung von Produktionsprozessen und zum Produktionsinformationsmanagement sowie ein offenes, aus einem offenen Computer bestehendes Automatisierungssystem für Produktionprozesse vor. Schlüsselwörter: Soft-SPS, Soft-DCS, Integriertes Automatisierungssystem. 1. Überblick: Industrielle Automatisierungssysteme für Produktionprozesse haben sich über lange Zeiträume hinweg stark weiterentwickelt, insbesondere durch die umfassende Nutzung von Computertechnologie. Sie spielen eine wichtige Rolle im Produktionsprozess und sind zu einem unverzichtbaren Werkzeug für dessen sicheren, stabilen und automatisierten Betrieb geworden. Mikroprozessorbasierte Automatisierungssysteme haben sich von einfachen SPS (Speicherprogrammierbare Steuerungen) der 1970er-Jahre zu den heutigen SPS-Systemen entwickelt, und DCS, das anfänglich nur analoge Steuerungssysteme ersetzte, zu den heutigen sogenannten integrierten 3D-DCS-Systemen, die SPS-, DCS- und Computerfunktionen vereinen. Als zukunftsweisender Trend in der industriellen Prozessautomatisierung veröffentlichte die Abteilung für die Entwicklung der Hightech-Industrie der Staatlichen Planungskommission am 15. März 2000 den „Umsetzungsplan für das Großprojekt zur Hightech-Industrialisierung der industriellen Prozessautomatisierung“. Der Umsetzungsplan hob hervor, dass das Projekt folgende Aspekte fördern soll: (1) Die Entwicklung und Industrialisierung der neuen Generation von Hauptsteuerungssystemen und deren integrierter Automatisierung für die industrielle Prozessautomatisierung, insbesondere verteilte Steuerungssysteme (DCS), Feldbus-Steuerungssysteme (FCS) und offene Steuerungssysteme auf Basis von Industriecomputern. Das Projekt konzentriert sich darauf, Unternehmen mit Industrialisierungs- und Open-Source-Kompetenzen für integrierte industrielle Prozessautomatisierungssysteme zu unterstützen, marktfähige Produkte zu entwickeln und gleichzeitig den Aufbau von Testumgebungen und Entwicklungskapazitäten für die industrielle Prozessautomatisierung angemessen zu fördern. (2) Die Entwicklung und Industrialisierung fortschrittlicher Steuerungs- und Optimierungssoftware, insbesondere fortschrittlicher Steuerungstechnik, Prozessoptimierungstechnologie, Echtzeit-Überwachungssoftwareplattformen, Softwareplattformen zur Informationsintegration, Systemintegrationstechnologie usw. Das Projekt konzentriert sich auf die Unterstützung der Industrialisierung der oben genannten Softwareprodukte mit besonderen Merkmalen und Marktwert. (3) Die Entwicklung und Industrialisierung intelligenter Instrumente, Aktoren und Messumformer, vollständiger Sätze spezieller Steuergeräte und vollständiger Sätze spezieller Optimierungssysteme. Bezüglich Punkt (1) liegt ein besonderer Schwerpunkt auf der Entwicklung und Industrialisierung einer neuen Generation von Hauptsteuerungssystemen für die industrielle Prozessautomatisierung und deren integrierter Automatisierung. Diese „integrierte Automatisierung“ zielt darauf ab, die traditionelle Arbeitsteilung zwischen Computern, SPS und Prozessleitsystemen aufzulösen und ein organisch integriertes Automatisierungssystem zu bilden, das die drei elektrischen Komponenten vereint. Seit wir 1984 das Konzept eines „integrierten Automatisierungssystems, das die drei elektrischen Komponenten vereint“ vorgeschlagen haben, haben die Entwicklungen des letzten Jahrzehnts diese Vorhersage bestätigt. Die treibende Kraft hinter diesem Wandel ist die Entwicklung von Wissenschaft und Technik, insbesondere Computertechnologie, Netzwerktechnologie, Datenbanktechnologie, Displaytechnologie und Multimediatechnologie. Diese Entwicklung schreitet unaufhaltsam voran und umfasst ein breiteres Spektrum an Inhalten, darunter Sprachtechnologie, drahtgebundene und drahtlose Kommunikationstechnologien sowie Web-Informationsdienste. Daher hat der Begriff „integrierte Automatisierung“ heute eine tiefere und umfassendere Bedeutung und durchdringt sogar alle Aspekte unseres Arbeits- und Lebens.² Die Integration von Produktionsautomatisierungssystemen und Produktionsmanagementsystemen wird im Sechs-Schichten-Funktionsmodell der ISO veranschaulicht. Dieses unterteilt den Prozess von der Erkennung über die Ausführung und Steuerung bis hin zur Kontrolle und dem Management auf Unternehmensebene (Hauptsitz) in sechs Funktionsschichten. Diese mehrschichtige Funktionsstruktur basiert auf der Aufteilung in Fabrikbetrieb, Produktionsmanagement und Kontrollfunktionen und nicht auf der Hardwarestruktur der Steuerungs- und Managementsysteme. In der Vergangenheit, insbesondere in den 1970er und frühen 1980er Jahren, wurden Fabrikrechnersysteme aufgrund von Beschränkungen der Computer- und Netzwerktechnologie und unzureichendem Verständnis seitens der Systementwickler traditionell in sechs Ebenen entsprechend dem Sechs-Schichten-Funktionsmodell strukturiert. Mit der Entwicklung der Computer- und Netzwerktechnologie traten die Schwächen dieses mehrschichtigen Computersystems in den Bereichen Datenerfassung, -verwaltung, Daten- und Wissensaustausch, Hardware- und Softwareressourcenteilung, Datenkommunikation und Softwareentwicklung immer deutlicher zutage, insbesondere in der Anlagen-, Prozess- und Produktionssteuerung. Dies führte frühzeitig zum Vorschlag eines integrierten Management- und Steuerungssystems bzw. zu der Auffassung, dass das Steuerungssystem das Managementsystem selbst ist. Das WDPF Ovation-System von Westinghouse wurde auf dieser Grundlage entwickelt, und es ist zu erwarten, dass sich zukünftig weitere industrielle Prozessautomatisierungssysteme in diese Richtung entwickeln werden. 3. Soft-SPS und Soft-DCS: Aufgrund der rasanten Entwicklung der Computertechnologie, insbesondere der Chiptechnologie, besagt das Mooresche Gesetz, dass sich Geschwindigkeit und Leistung von Mikroprozessoren alle 18 Monate verdoppeln. Daher wurden kurz nach der Markteinführung des Intel Pentium-Prozessors die Prozessoren Pentium 2, 3 und der 1,4 GHz Pentium 4 angeboten. Noch bevor die meisten Anwender den Pentium 4-Prozessor nutzen konnten, brachten Intel und HP am 29. Mai gemeinsam den 64-Bit-Mikroprozessor Itanium auf den Markt. Hersteller und Integratoren von Automatisierungssystemen haben oft Schwierigkeiten, mit den technologischen Fortschritten der Hardware Schritt zu halten. Dadurch hinken die Aktualisierungen und Weiterentwicklungen ihrer Automatisierungssysteme hinter der Entwicklung der Computertechnologie zurück. Andererseits sind die aktuellen SPS- und DCS-Entwicklungswerkzeuge alle an die Hardwaresysteme der Hersteller gebunden. Das bedeutet, dass die Entwicklungswerkzeuge eines bestimmten Herstellers nur auf dessen eigener Hardware verwendet werden können. Anwender mehrerer SPS- und DCS-Systeme müssen sich mit der Hardware und Software jedes einzelnen Systems vertraut machen und diese beherrschen, was einen erheblichen Aufwand an Personal und finanziellen Ressourcen erfordert. Beim Wechsel zu einer neuen SPS oder einem neuen DCS eines Drittanbieters sind Schulungen notwendig, was zu einer erheblichen Verschwendung von Personalressourcen führt. Darüber hinaus wird der Absatz von Hightech-Entwicklungswerkzeugen durch den Absatz der Hardware begrenzt. Mit der zunehmenden Reife offener industrieller Computersysteme haben einige SPS- und DCS-Hersteller das Konzept der „Soft-SPS“ und „Soft-DCS“ entwickelt und implementiert, um ihre Vorteile, technologischen Reserven und ihr Potenzial in der SPS- und DCS-Entwicklung voll auszuschöpfen, die Investitionen der Anwender in Software-Fachkräfte und -Ressourcen bestmöglich zu schützen und ihre Wettbewerbsfähigkeit zu steigern. Ziel ist es, die Software-Tools ihrer entwickelten SPS und DCS von der Systemhardware zu trennen und so die Installation auf verschiedenen offenen industriellen Computersystemen zu ermöglichen. Dies kommt nicht nur den Anwendern zugute, sondern beseitigt auch die Einschränkungen, die Hardware-Geräte dem Softwarevertrieb und der -entwicklung der Hersteller auferlegen. Diese Entwicklung steht im Einklang mit der Richtung der industriellen Prozessautomatisierung, die durch große nationale Projekte wie den Einsatz offener industrieller Steuerungssysteme als Hauptsteuerungssystem der nächsten Generation für die industrielle Prozessautomatisierung und die Entwicklung von Echtzeit-Überwachungs- und Informationsintegrationssoftwareplattformen unterstützt wird. Sie wird auch Veränderungen für Anwender der industriellen Prozessautomatisierung in Bezug auf Design, Nutzung und Wartung mit sich bringen. Dies verdient unsere Aufmerksamkeit, insbesondere in der SPS- und DCS-Entwicklungs- und Fertigungsindustrie. 4. Angetrieben durch die zuvor genannten Entwicklungstrends hat sich integrierte Software etabliert, die Prozessautomatisierung und Informationsmanagement kombiniert und über immer umfangreichere und verbesserte Integrationsmöglichkeiten verfügt. Die Factory Suite 2000 von Wonderware wurde entwickelt und integriert, um diese Anforderungen zu erfüllen. Sie stellt dem Fertigungsmanagementsystem Informationen direkt aus der Fertigung bereit, beginnend mit den Bedienern, und zwar in einer hierarchischen Bottom-up-Struktur. Die Suite integriert sich mit ERP-, MES-, EAM- und anderen Bottom-up-Fertigungsmanagement-Informationssystemen (MMI) und verändert damit grundlegend die traditionellen Konzepte und Methoden der Anwendungsentwicklung für Fertigungsanwender. Die Factory Suite 2000 umfasst InTouch: eine grafische Prozesssoftware; InTrack: eine Software für Ressourcenmanagement und WIP-Tracking (Work in Process); Industrial SQL Server: eine relationale Echtzeit-Fabrikdatenbank; InControl: eine PC-basierte Prozesssteuerungssoftware; InBatch: ein flexibles System zur Verwaltung der Chargenverarbeitung. und I/O... Server- und OPC-Bibliothek: Enthält über 750 I/O-Treiber und OPC-Clientprogramme zur Anbindung an verschiedene SPSen, Prozessleitsysteme (DCS), Echtzeit-Steuerungssysteme (RTS), Feldbusse, Regelkreise, Messgeräte, Barcode-Lesegeräte und weitere Geräte. FactorySuite Webserver: Integrierte Internet-/Intranet-Serversoftware zur Erfassung von Werksdaten, Überwachung und Anzeige von Bildschirmen und Anwendungen über das Internet und das Firmenintranet. SCADAlram: Eine Windows-basierte Kommunikationssoftware zur Anbindung an industrielle Automatisierungssoftware. Sie bietet intelligente Alarmbenachrichtigungen in Echtzeit, Datenerfassung und Fernsteuerung über verschiedene Kommunikationsgeräte. SCADAlram wandelt Alarme intelligent in Sprachnachrichten um und überträgt diese über kabelgebundene und drahtlose Kommunikationsmethoden wie Lautsprecher, interne Kommunikationssysteme, Durchsagen und Telefone an festgelegte Telefone. Zusätzlich können alphanumerische E-Mails an festgelegte Pager oder Mobiltelefone gesendet werden, um die Ferneinstellung und -steuerung verschiedener Parameter per Telefon oder Mobiltelefon zu ermöglichen. InControl ist eine Windows NT-basierte Echtzeit-Steuerungssoftware, die auf jedem Windows-fähigen Gerät verwendet werden kann. Die auf dem NT-Betriebssystem verwendeten Hardwareplattformen umfassen industrielle Bedienpulte, SMP-Server und offene Industrierechner, auf denen die Funktionen einer Steuerung für die Produktionsprozessautomatisierung softwareseitig implementiert sind. Dies beweist, dass die Softwaretools zur Entwicklung von Steuerungsfunktionen für die Produktionsprozessautomatisierung von der dedizierten Controller-Hardware getrennt werden können. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, Softwaretools und Hardware stets zusammen zu vertreiben. Dies bietet Softwareentwicklern für Automatisierungssysteme nicht nur mehr Entwicklungsspielraum, sondern auch Anwendern mehr Flexibilität bei der Hardwareauswahl. Die nahtlose Integration der InControl-Software mit weiterer Software der Wonderware FactorySuite 2000, einer Suite für industrielle Automatisierung, ermöglicht die organische Integration von Funktionen für die Produktionsprozessautomatisierung und das Produktionsinformationsmanagement auf verschiedenen Hardwareplattformen unter Windows NT. 5. Fazit: Wir können uns eine Hardwarestruktur für ein System zur Produktionsprozessautomatisierung vorstellen, die aus einem offenen industriellen Steuerungssystem und einem Feldbus in Kombination mit Software wie der Wonderware FactorySuite besteht. Softwareentwicklungstools wie die FactorySuite 2000, die Prozesssteuerungs- und Produktionsinformationsmanagementfunktionen integrieren, werden zu einem wichtigen Ansatz für Lösungen im Bereich der Produktionsprozessautomatisierung und des Informationsmanagements werden. Dies vereinfacht nicht nur die Struktur von Produktionsautomatisierungssystemen erheblich und reduziert die Investitionen in Systemkomponenten, sondern verbessert auch die Systemzuverlässigkeit und Wartungsfreundlichkeit. Da die Funktionen von Software für Produktionsautomatisierung und Informationsmanagement immer umfangreicher und erweitert werden, lässt sich der Anwendungsbereich dieser Systeme problemlos verbessern, ohne dass Änderungen an der Hardware erforderlich sind. So werden die Anforderungen von Anwendungen jeder Größenordnung – von kleinen bis hin zu großen Systemen – erfüllt.