Zusammenfassung: Dieser Artikel stellt die grundlegenden Komponenten und Merkmale von Konfigurationssoftware für industrielle Steuerungssysteme vor und erläutert anhand eines praktischen Projekts den Aufbau eines Überwachungssystems mithilfe dieser Software. Schlüsselwörter: Konfiguration; Software; Leitsystem; RSView32 1 Einleitung Der Begriff „Konfiguration“ stammt vom englischen Wort „Configuration“. Als Fachbegriff existiert für „Konfigurationssoftware“ noch keine einheitliche Definition. Im übertragenen Sinne bezeichnet Konfigurationssoftware den Prozess, durch den Anwender Anwendungssoftware gemäß den Anforderungen der Anwendungsobjekte und Steuerungsaufgaben konfigurieren (einschließlich Definition, Erstellung und Bearbeitung von Objekten sowie Festlegung von Parametern ihrer Zustandsmerkmale usw.). Konfigurationssoftware wird somit als „Anwendungsgenerator“ betrachtet. Aus Anwendungssicht ist sie eine Softwareplattform, die die Kommunikation zwischen Systemhardware und -software ermöglicht und eine Mensch-Maschine-Schnittstelle für die Kommunikation zwischen Feld- und Überwachungsebene bereitstellt. Ihre Anwendungsbereiche beschränken sich nicht auf die industrielle Automatisierung. Die industrielle Steuerungstechnik ist ein wichtiger Anwendungsbereich für Konfigurationssoftware. Mit dem Aufkommen von verteilten Steuerungssystemen (DCS) wurde Konfigurationssoftware in industrielle Steuerungssysteme eingeführt. In industriellen Prozessleitsystemen gibt es zwei Hauptkategorien variabler Faktoren: Änderungen der Bedieneranforderungen und Änderungen des Zustands des gesteuerten Objekts sowie der von diesem verwendeten Hardware. Konfigurationssoftware passt sich, ohne den Ausführungscode der Softwareplattform zu verändern, den Anforderungen dieser beiden unterschiedlichen Systeme hinsichtlich dieser beiden Faktoren an, indem sie die Softwarekonfigurationsinformationen (einschließlich Grafikdateien, Hardwarekonfigurationsdateien, Echtzeitdatenbanken usw.) ändert. Dadurch wird eine neue Überwachungssystemplattform geschaffen. Dieser Ansatz verbessert die Systemintegrationsgeschwindigkeit, gewährleistet die Reife und Zuverlässigkeit der Systemsoftware, erhöht die Benutzerfreundlichkeit und Flexibilität und vereinfacht Modifikation und Wartung. 2. Zusammensetzung und Eigenschaften von Konfigurationssoftware für industrielle Steuerungssysteme 2.1 Zusammensetzung von Konfigurationssoftware für industrielle Steuerungssysteme Ob Intouch, die weltweit erste von Wonderware in den USA eingeführte Konfigurationssoftware für industrielle Steuerungssysteme, oder diverse aktuelle Konfigurationssoftware – aus struktureller Sicht besteht sie im Allgemeinen aus zwei Hauptkomponenten: der Systementwicklungsumgebung (oder Konfigurationsumgebung) und der Systembetriebsumgebung. Die Systementwicklungsumgebung ist die zentrale Arbeitsumgebung für Automatisierungsingenieure, um ihre Steuerungskonzepte zu implementieren und Anwendungssysteme mithilfe von Konfigurationssoftware zu erstellen. Sie generiert das finale grafische Zielanwendungssystem durch die Erstellung einer Reihe von Benutzerdatendateien für die Systemlaufzeitumgebung. Die Systemlaufzeitumgebung lädt die Zielanwendung in den Arbeitsspeicher und führt sie in Echtzeit aus; sie wird direkt für den Betrieb vor Ort eingesetzt. Die Verbindung zwischen Systementwicklungsumgebung und Systemlaufzeitumgebung bildet die Echtzeitdatenbank. Der Zusammenhang zwischen den drei Systemen ist in Abbildung 2 dargestellt. 2.2 Funktionen der RSView32-Konfigurationssoftware: Die industrielle Steuerungskonfigurationssoftware Rockwell RSView32 ist eine von Rockwell Automation, Inc. entwickelte Konfigurationssoftware für Standard-PCs. Es handelt sich um ein HMI-Softwarepaket (Human Machine Interface), das auf MFC- (Microsoft Foundation Classes) und COM-Technologien (Component Object Model) basiert und unter Microsoft Windows 9x/Windows NT läuft. Die Hauptfunktionen lassen sich unter folgenden Aspekten analysieren: • Umfassende und vielseitige Konfigurationssoftware: Die Konfigurationssoftware Rockwell RSView32 bietet eine branchenübliche Bibliothek mathematischer Modelle und Steuerungsfunktionen mit flexiblen Konfigurationsmodi, um die Mess- und Steuerungsanforderungen der Anwender zu erfüllen. RSView32 speichert, visualisiert, berechnet, analysiert und druckt historische Mess- und Steuerungsdaten. Die Benutzeroberfläche ist flexibel und benutzerfreundlich und verfügt über ein doppeltes Sicherheitssystem für eine zuverlässige Datenverarbeitung. • Umfangreiche Anzeigekonfigurationsfunktionen: Die Konfigurationssoftware Rockwell RSView32 bietet Anwendern eine Vielzahl praktischer und häufig verwendeter Bearbeitungs- und Zeichenwerkzeuge. Sie enthält zahlreiche Symbole für Industrieanlagen und Instrumente sowie Trenddiagramme, historische Kurven und Diagramme zur Gruppendatenanalyse. Die benutzerfreundliche grafische Benutzeroberfläche (GUI) umfasst alle Windows-typischen Fenster, Popup-Menüs, Schaltflächen, Meldungsbereiche, Symbolleisten, Scrollleisten und Überwachungsbildschirme. Die vielfältigen Darstellungen erleichtern den reibungslosen Betrieb der Anlagen und die zentrale Überwachung durch die Bediener erheblich. Leistungsstarke Kommunikationsfunktionen und hervorragende Offenheit: Die Konfigurationssoftware Rockwell RSView32 kommuniziert über Winteligent LINK, OPC, OFS usw. mit Datenerfassungshardware und verbindet sich über TCP/IP und Ethernet mit übergeordneten Managementnetzwerken. Für DDE- oder OPC-Datenquellen wird eine Liste von Tag/Wert-Paaren an den jeweiligen Server und Client gesendet. Schreibvorgänge auf dem Server können (je nach Serverausführung) in einem Datenpaket zusammengefasst werden. Der Datenbankeditor verfügt über einen OPC-Adressbrowser, der die Verbindung zu OPC-Datenquellen vereinfacht. Die auf Windows 95, Windows 98 und Windows NT basierende Konfigurationssoftware Rockwell RSView32 nutzt objektorientierte Technologie und ActiveX-Bibliotheken optimal. Dies erweitert die Anzeige- und Programmierumgebung des Steuerungssystems erheblich und ermöglicht flexibles Multitasking. Ein ActiveX-Objekt ist eine von einem Drittanbieter entwickelte Softwarekomponente. RSView32 kann dessen Funktionalität über Eigenschaften, Ereignisse und Methoden nutzen. Durch Einbetten eines ActiveX-Objekts und Festlegen seiner Eigenschaften oder Angeben von Objektereignissen kann das Objekt mit RSView32 interagieren. Informationen werden zwischen ActiveX-Objekten und RSView32 über RSView32-Tags ausgetauscht. Windows bietet eine Schnittstelle zwischen RSView32 und Windows-basierten Anwendungen, wie z. B. die DDE-Technologie (Dynamic Data Exchange), für den Datenaustausch mit Windows-Anwendungen. Dies ermöglicht den Daten- und Informationsaustausch zwischen der lokalen Steuereinheit und dem Host-Computer und bietet Benutzern eine zentralisierte Datenverarbeitungsumgebung, ermöglicht eine zentrale Informationsverwaltung und stellt eine offene Datenbankschnittstelle (ODBC) für übergeordnete Systeme bereit. RSView32 unterstützt die folgenden ODBC-kompatiblen Datenbanken: MS Access, Sybase SQL Server, Oracle und MS SQL Server. Daten werden im ODBC-Format mithilfe von ODBC-Datenquellen wie Microsoft Access oder Microsoft SQL Server gespeichert. Die ODBC-Speicherung speichert Daten in bis zu drei Tabellen. Mit dem Befehl `Activity Logsend To Odbc` können Aktivitätsprotokolldaten aus einer DBF-Datei in eine ODBC-kompatible Datenbank übertragen werden. Ist die empfangende Datenbank nicht mit ODBC kompatibel, schlägt die Ausgabe fehl. Existiert die Tabellenbrücke nicht, erstellt RSView32 sie. Zusätzlich führt RSView32 das neue Objekt „ODBC-Administrator“ ein. Dieses Objekt stellt Methoden zum Erstellen und Überprüfen von Tabellen für ODBC-Datensätze bereit. 3. Anwendung von Software zur Konfiguration industrieller Steuerungen in Hilfsüberwachungssystemen von Wärmekraftwerken: Peripheriesysteme von Kraftwerken sind ein wichtiger Bestandteil der Kraftwerksproduktion und des Betriebsmanagements. Im Vergleich zur Kessel- und Turbinensteuerung ist ihre Bedienung jedoch relativ einfach, und sie werden im Wesentlichen vor Ort unabhängig gesteuert. 1) Hoher Personalaufwand und hohe Kosten; 2) Aufgrund ihrer verteilten Standorte und der Entfernung zur zentralen Leitwarte sind Betrieb, Wartung und Management des Systems mit vielen Schwierigkeiten verbunden. Daher kann der Einsatz fortschrittlicher Netzwerksteuerungstechnologie zur zentralen Steuerung aller Peripheriesysteme nicht nur viele Probleme im Systemdesign und der Ausrüstung lösen, sondern auch eine gute Grundlage für den Aufbau eines einheitlichen Unternehmensnetzwerks und die integrierte Verwaltung und Steuerung schaffen. Im Folgenden wird unser Implementierungsplan für das zentrale Überwachungssystem von Peripheriegeräten in einem Kraftwerk in der Provinz Shandong beispielhaft dargestellt. Er beschreibt den Aufbau eines zentralen Überwachungssystems für Hilfseinrichtungen mithilfe der Konfigurationssoftware RSVIEW. Die Praxis hat gezeigt, dass diese Lösung von der Planung bis zur Implementierung gute Ergebnisse erzielt. 3.1 Systemzusammensetzung vor der Modifizierung: 1) Chemisches Zusatzwasser-Regelsystem (ein System für 4 × 300 MW): Dieses System verwendet eine SPS der QUANTUM-Serie von SCHNEIDER MODICON und den Modbus Plus-Industrienetzwerk-Feldbus als Host-Computer-Überwachungssystem. 2) Kondensatreinigungssystem für die Blöcke 1 und 2 (ein System für 4 × 300 MW): Dieses System verwendet eine SPS der PLC/5-Serie von AB und das DH+-Netzwerk als Netzwerkkommunikationsmethode für das Überwachungssystem. Zwei Host-Computer sind für die Überwachung eingerichtet. 3) Kondensatreinigungssystem für die Blöcke 3 und 4 (ein System für 4 × 300 MW): Dieses System nutzt einen Controller der Conlogix-Serie von AB und das ControlNet-Feldbusnetzwerk zur Netzwerkkommunikation für das Überwachungssystem. Zwei Host-Rechner sind für die Überwachung eingerichtet und befinden sich im selben Hauptleitstand wie die Blöcke 1 und 2. 4) Dampf- und Wasserprobenahme- und Dosiersystem für die Blöcke 1, 2, 3 und 4 (zwei Systeme für 4 × 300 MW): Dieses System nutzt eine im Industrie-PC installierte A/D-Wandlerkarte zur Überwachung der Feldmesssignale. Jede Frequenzumrichterpumpe im Dosiersystem wird unabhängig von einem lokalen Mikrocontroller gesteuert. Die Systeme für die Blöcke 1 und 2 befinden sich an anderen Standorten als die für die Blöcke 3 und 4. Das Systemverteilungsdiagramm ist wie folgt: 3.2 Implementierungsplan: Unter Berücksichtigung der geografischen Lage und der Anlagenanforderungen wurde schließlich beschlossen, den zentralen Leitstand im Kontrollraum für das chemische Zusatzwasser unterzubringen. Auf Grundlage des aktuellen Systemstatus wurde ein stufenweiser Sanierungsplan verabschiedet. Schritt 1: Da sich das System zur Steuerung des chemischen Zusatzwassers und der zentrale Kontrollraum im selben Raum befinden, wurde die dedizierte Protokollkonvertierungskarte von AB mit der zugehörigen Software MB+ OPC Server verwendet, um die MB+-Protokollkonvertierung und die Kommunikation mit der übergeordneten Konfigurationssoftware RSView zu realisieren. Diese Karte ist im PCI-Bus-Format und wird direkt an zwei Server angeschlossen, die sie wiederum mit dem gesamten Ethernet-Netzwerk verbinden. Die verwendeten Server sind IBM Xserver. Schritt 2: Entsprechend der Zusammensetzung eines typischen Ethernet-Steuerungsnetzwerks wurden zwei CISCO 24-Port-100M-Switches im Netzwerkschrank des zentralen Kontrollraums installiert, um den Ethernet-Datenaustausch zu ermöglichen. In den Servern und Bedienerstationen wurden 3COM 100M Industrial-Ethernet-Karten installiert. Zusätzlich wurde eine APC-USV-Stromversorgung bereitgestellt. Schritt 3: Da dieses System mehrere Feldbusse wie DH+, MB+ und ControlNet umfasst, war ein ControlLogix Gateway für die Protokollkonvertierung erforderlich. Das Gateway sollte folgende Funktionen besitzen: 1. Daten von verschiedenen Feldbussegmenten empfangen, interpretieren, in ein Ethernet-kompatibles Format konvertieren und an den Switch weiterleiten; 2. Systembefehle und -daten in die Datenformate der verschiedenen Feldbussegmente konvertieren und nach unten weiterleiten. Aufgrund der geografischen Lage wurde beschlossen, ein Gateway im Kontrollraum der Kondensataufbereitung zu installieren. Dieses Gateway ist mit DH+-, ControlNet- und Ethernet-Modulen ausgestattet. Vierter Schritt: Aufgrund der beträchtlichen Entfernung zwischen Gateway und Switch (ca. 1 km) und unter Berücksichtigung der Echtzeit- und Störfestigkeit des Datenaustauschs wurde eine redundante Glasfaserverbindung mit gegenseitiger Datensicherung gewählt. Fünfter Schritt: Das Dampf- und Wasserprobenahme- und Dosiersystem wurde neu konzipiert. Zwei Remote-I/O-Stationen wurden eingerichtet, um die Datenerfassung von den Einheiten 1 und 2 bzw. 3 und 4 zu übernehmen. An jeder Station wurden ControlNet-Kommunikationsmodule installiert und mit dem ControlNet-Netzwerk verbunden. Der Logix5550-Prozessor im Gateway übernimmt die Datenverarbeitung und Steuerung. Das ControlNet-Netzwerk tauscht Daten über das ControlNet-Modul im Gateway aus und kommuniziert anschließend über das Ethernet-Modul mit dem Ethernet-Netzwerk. Schritt 6: Netzwerkzugriff für das Projekt Phase II (Kohleförderanlage, Wasseraufbereitungsanlage, Umwälzpumpstation, Industriepumpstation, Heizölpumpstation usw.). Da die einzelnen Teilsysteme bereits seit Längerem in Betrieb sind und die Bediener mit den Bedienungsmethoden vertraut sind, werden die Konfigurationsbildschirme der einzelnen Teilsysteme beibehalten, um größere Änderungen zu vermeiden. Das Überwachungssystem verwendet Rsview32 mit 32.000 Messpunkten. Die Vorgehensweise ist wie folgt: Für Teilsysteme des ursprünglichen Systems, die Rsview32 verwenden, werden die Datentags mithilfe des Datenbank-Ein-/Ausgabe-Assistenten von Rsview32 aus der Projektdatei des jeweiligen Teilsystems exportiert, sorgfältig geprüft und anschließend in das neue Projekt importiert. Für Anzeige, Ereignis und Makro müssen die Dateien aus den entsprechenden Projektordnern in unser neues Projekt kopiert werden. Anschließend muss das Projekt geöffnet und separat importiert werden. Bei Subsystemen, deren Konfigurationssoftware nicht Rsview32 ist (z. B. Intouch), geht man wie folgt vor: Zunächst muss die Bildschirmstruktur des ursprünglichen Systems analysiert werden. Anschließend wird der Bildschirm neu gestaltet, die Datenbank erstellt und die Befehlsanweisungen mit Rsview32 neu kompiliert. Die Systemüberwachungsoberfläche ist hierarchisch aufgebaut und ermöglicht so ein einfaches Umschalten zwischen den Subsystemen. Sie bietet eine klare und intuitive Übersicht über die Arbeitsbedingungen vor Ort und ist benutzerfreundlich. Ihre größten Stärken sind Einfachheit, Intuitivität und umfassende Funktionalität. Die hierarchische Struktur ermöglicht ein präzises Umschalten zwischen mehreren Subsystemen und vermeidet Fehler durch komplexe Systemstrukturen. Jedes Subsystem verwendet ähnliche Funktionsmenüs, was ein komfortables Umschalten und umfassende Funktionalität gewährleistet. Mehrere Operationen können direkt auf dem Hauptbildschirm ausgeführt werden, und alle Untermenüs werden als Pop-ups angezeigt. Die Struktur der Überwachungsbildschirme ist in Abbildung 5 dargestellt. Jedes Teilsystem verfügt über Unterbildschirme, die denen der Teilsysteme 1 und 2 zur Kohlensäuredosierung ähneln und im Strukturdiagramm nicht einzeln aufgeführt sind. Das Überwachungssystem umfasst die Generierung von Systembildschirmen, ein System zur Ereigniswiedergabe, verschiedene Kurvendarstellungen und -drucke sowie die Generierung verschiedener Berichte. Die Überwachungsbildschirme sollten dem Designstil der Mensch-Maschine-Schnittstelle des Hauptleitsystems (DCS) des Kraftwerks entsprechen und nach dem Prinzip der hierarchischen Navigation und schrittweisen Verfeinerung gestaltet sein. Für die Bildschirmumschaltung und -anzeige sollten verschiedene, Windows-konforme Designmethoden wie Pop-up-Fenster und Dropdown-Menüs verwendet werden. Prozessablauf, Informationsanzeige (einschließlich Betriebsparameter, Status, Fehlerzustände usw.) und verschiedene Kurven auf den einzelnen Bildschirmen sollten logisch und übersichtlich in dezenten Farben angeordnet sein. Das System zur Ereigniswiedergabe erfasst alle Ereignisse, die in das Steuerungssystem gelangen (z. B. Parameter, Rückkopplungen usw.), sowie Ereignisse, die innerhalb des Steuerungssystems selbst auftreten (z. B. Karten- oder Kommunikationsfehler usw.). Alle Ein-/Ausgabepunkte können in Kurvenform dargestellt werden und bieten so umfangreiche Datenressourcen für die Online-Analyse und Diagnose des Systembetriebs.