[Zusammenfassung] Gängige industrielle Steuerungsmethoden umfassen typischerweise SPS-Steuerungen und Prozessleitsysteme (DCS), die beide ihre Grenzen haben. Mit der Entwicklung der Computertechnologie hat sich Konfigurationssoftware etabliert. Diese offene, flexible und universelle Steuerungsmethode hat ihre hohe Leistungsfähigkeit schnell unter Beweis gestellt und findet breite Anwendung in verschiedenen Steuerungssystemen, wobei ihr Marktanteil stetig wächst. Seit ihren Anfängen ist die Industrie auf die Überwachung und Steuerung verschiedener Daten angewiesen, die die industrielle Produktion beeinflussen oder widerspiegeln. Basierend auf der Kontinuität der Zeit und der Größe der Produktionsvariablen lassen sich typische industrielle Produktionsprozesse in kontinuierliche, diskrete und Batch-Prozesse unterteilen. Batch-Prozesse sind oft eine Kombination aus diskreten und kontinuierlichen Prozessen. Überwachung ist eine Grundvoraussetzung für Steuerung; ohne sie ist Steuerung unmöglich. Ausgehend von der Unterscheidung zwischen diskreten und kontinuierlichen Prozessen in der industriellen Produktion hat sich die industrielle Steuerung im Allgemeinen in zwei Hauptrichtungen entwickelt: Die erste Richtung konzentriert sich auf die Steuerung diskreter Steuerungssysteme, auch bekannt als logische Steuerung oder Programmsteuerung. Die Entwicklung begann mit der frühen Relaissteuerung auf Basis mechanischer und elektromagnetischer Prinzipien und führte zur Steuerung primär elektronischer Logikschaltungen. Daraus resultierte die Entwicklung von SPS (Speicherprogrammierbare Steuerungen) mit digitaler Technologie und Mikroprozessoren. Der Entwicklungstrend lässt sich als schneller, kompakter, zuverlässiger, flexibler und kostengünstiger beschreiben. Der zweite Bereich konzentriert sich auf die Steuerung kontinuierlicher Prozesse. Im Vergleich zur diskreten Steuerung nutzt die kontinuierliche Steuerung eine größere Produktvielfalt und ist technisch komplexer. Die Entwicklung reichte von frühen mechanischen Steuerungen über Basisinstrumente und kombinierte pneumatische oder elektrische Einheiten bis hin zu verteilten Steuerungssystemen (DCS). DCS selbst ist eine Kombination aus instrumentellen und computergestützten Steuerungssystemen. Der Entwicklungstrend geht hin zu einem größeren Regelbereich, höherer Zuverlässigkeit, höherer Genauigkeit und Echtzeitfähigkeit bei gleichzeitig niedrigeren Gesamtkosten. Dank rasanter technologischer Fortschritte integrieren moderne SPS nun auch die Erfassung und Steuerung analoger Signale und sind nicht mehr auf die diskrete Steuerung beschränkt. DCS-Systeme der vierten Generation bieten einen noch größeren Regelbereich. Die Grenzen zwischen den beiden Bereichen verschwimmen zunehmend. Große SPSen in Kombination mit übergeordneter Überwachungssoftware können bis zu einem gewissen Grad ein Prozessleitsystem (DCS) bilden, und SPSen werden häufig in DCS-Systemen eingesetzt. Obwohl sowohl SPS-Steuerungen als auch DCS-Systeme ihre jeweiligen Vorteile bieten und weit verbreitet sind, weisen sie auch Einschränkungen auf: Die SPS-Steuerung ist bei kontinuierlichen analogen Signalen relativ schwach, und SPSen selbst verfügen über eine geringe Datenspeicherkapazität, was zu einer weniger intuitiven Mensch-Maschine-Schnittstelle führt. DCS-Systeme sind teurer, und die Entwicklungskapazitäten verschiedener Hersteller sind im Bereich der DCS-Systeme noch relativ gering, was die freie Wahl von Hardware und Software für Anwender erschwert. Die industrielle Steuerung, ob frühe Relaissteuerung oder moderne SPS- oder DCS-Systeme, umfasst im Wesentlichen die Erfassung von Feldinformationen, deren Verarbeitung und die Rückführung der Verarbeitungsergebnisse an das Feldleitsystem (siehe Abbildung 1: [Abbildung 1: Ablaufdiagramm der Steuerung]). Die moderne industrielle Steuerung folgt weiterhin dem Modell der Erfassung, Verarbeitung und Steuerung, und ihre Entwicklung wird maßgeblich von der Computertechnologie beeinflusst. Seit der Einführung des ersten Computers für die Feldüberwachung in den Vereinigten Staaten im September 1958 sind Computer tief in den Bereich der industriellen Steuerung integriert. Mit der rasanten Verbreitung und Leistungssteigerung von PCs hat sich der Einsatz PC-basierter Überwachungssysteme immer weiter verbreitet. Konfigurationssoftware (SCADA/Supervisory Control and Data Acquisition) ist hierfür ein typisches Beispiel. In den 1980er-Jahren, parallel zur Computerentwicklung, entstanden die ersten Konfigurationsprogramme. Bis heute ist eine beträchtliche Anzahl solcher Produkte erschienen: iFix, InTouch, WinCC usw. Auch in China haben sich leistungsstarke und kostengünstige Softwarelösungen wie KingSCADA und Zijinqiao etabliert. Von der anfänglichen DOS-Umgebung bis hin zu Windows, von einfacher Überwachung bis hin zu komplexen Steuerungssystemen – Konfigurationssoftware ist immer leistungsfähiger geworden. Am Beispiel der mir vertrauten Konfigurationssoftware Zijinqiao (andere Software kann geringfügig abweichen; Details finden Sie in den jeweiligen Produktbeschreibungen) lässt sich die Architektur wie folgt darstellen: Abbildung 2: Architektur der Konfigurationssoftware. Feldgeräte übertragen Daten über verschiedene E/A-Schnittstellen an eine Echtzeitdatenbank. Diese verarbeitet die Daten und stellt sie dem Benutzer über eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (Ansicht) dar. Benutzer können auch Betriebsbefehle an die Echtzeitdatenbank senden, die diese wiederum an die Feldgeräte weiterleitet. In dieser Architektur muss der Benutzer nicht verstehen, wie die Echtzeitdatenbank mit den verschiedenen Feldgeräten kommuniziert; er muss lediglich die relevanten Einstellungen über die Mensch-Maschine-Schnittstelle vornehmen. Die Konfigurationssoftware fungiert hier als Betriebsplattform und schützt den Benutzer vor der direkten Verbindung mit den Feldgeräten. Sie ist vergleichbar mit dem Betriebssystem eines Computers. Der Benutzer bedient den Computer, ohne sich um die Funktionsweise der Grafikkarte oder die spezifischen Lese-/Schreibvorgänge der Festplatte kümmern zu müssen; er kommuniziert ausschließlich mit dem Betriebssystem. Die Konfigurationssoftware selbst kann den Betrieb der Feldgeräte gemäß den Benutzeranforderungen auch automatisch über Skripte oder Einstellungen in der Benutzeroberfläche steuern. Mehrere Konfigurationssoftwareprogramme können auch zu einer verteilten Netzwerkarchitektur kombiniert werden. Felddaten werden zunächst in einem einzigen Konfigurationssoftwareprogramm erfasst. Dieses kann dann bei Bedarf lokale Geräte überwachen und gleichzeitig als Datenerfassungsserver fungieren, der Daten zur weiteren Aggregation und Verarbeitung an die Konfigurationssoftware oder die als Server fungierende Echtzeitdatenbank überträgt. Das spezifische Architekturdiagramm ist in Abbildung 3 dargestellt: Abbildung 3 Konfigurationssoftware-Netzwerkarchitektur. Im Vergleich zu SPS-Steuerungen und DCS-Systemen ergeben sich durch diese Konfigurationssoftwarearchitektur folgende Vorteile: * Hohe Offenheit der Schnittstelle: Im Vergleich zu Überwachungssoftware verschiedener Hardwarehersteller ist Konfigurationssoftware von Drittanbietern deutlich offener. Unabhängig vom verwendeten Kommunikationsformat (Feldbus, OPC oder kundenspezifisch) kann das Gerät, sobald das Kommunikationsprotokoll festgelegt ist, mit dem entsprechenden Treiber für Überwachung und Steuerung verbunden werden. Dies bietet Anwendern maximale Flexibilität und ermöglicht die freie Wahl nahezu beliebiger Hardwareprodukte für ihr gewünschtes Steuerungssystem. So entsteht ein Überwachungssystem mit Konfigurationssoftware als Kern der Steuerung. * **Schnelle Schnittstelleneinrichtung:** Die Konfigurationssoftware ermöglicht die einfache Erstellung verschiedener Mensch-Maschine-Schnittstellen. Mit wenigen einfachen Schritten und Einstellungen lassen sich gängige Verlaufskurven, Berichte, Alarme und Animationen implementieren. Dies ist wesentlich einfacher als mit fortgeschrittenen Programmierwerkzeugen wie VB und VC. * **Flexible Vernetzung:** Die Konfigurationssoftware ermöglicht den einfachen Aufbau von Netzwerken, um die Projektanforderungen zu erfüllen und eine wirklich verteilte Struktur zu realisieren. Verschiedene Übertragungsmedien stehen zwischen den Netzwerken zur Verfügung. * **Geringe Kosten:** Die Konfigurationssoftware läuft typischerweise unter Windows und kann auf einem PC oder Industriecomputer ausgeführt werden. Sowohl die Konfigurationssoftware selbst als auch das gesamte Steuerungssystem sind vergleichsweise kostengünstig. * **Hohe Entwicklungseffizienz:** Da die Konfigurationssoftware ein Halbfertigprodukt ist, sind viele grundlegende Kommunikations- und Steuerungsvorgänge bereits gekapselt. Dies vereinfacht die Weiterentwicklung auf dieser Plattform erheblich und spart Zeit und Kosten. * **Breites Anwendungsspektrum:** Ob für die Gesamtüberwachung von Fabriken oder zur Unterstützung von Feldgeräten – die Konfigurationssoftware ist in Umgebungen unterschiedlicher Größe einsetzbar. Mehrere Konfigurationssoftwarepakete bilden ein kostengünstiges, verteiltes Überwachungssystem. Ein einzelnes Paket kann unabhängig mit Feldgeräten als Host-Computer verwendet werden, historische Daten aufzeichnen, eine benutzerfreundliche Oberfläche bereitstellen, den technologischen Funktionsumfang des Produkts erweitern und eine integrierte Hardware-Software-Lösung bilden. * **Vielfältige Datenschnittstellen:** Die Konfigurationssoftware kann erfasste historische Daten in einer Echtzeitdatenbank auf einem lokalen oder entfernten Server speichern. Sie kann außerdem Rohdaten oder statistische Werte in verschiedenen relationalen Datenbanken wie Oracle und SQL Server speichern. Über die Datenplattform der Konfigurationssoftware lassen sich Felddaten einfach an übergeordnete Softwaresysteme wie ERP-Systeme übertragen, was die Bedienung und Verwaltung vereinfacht. * **Umfangreiche Steuerungsfunktionen:** Konfigurationssoftware unterstützt typischerweise eine funktionsreiche und benutzerfreundliche Skriptsteuerung. Die Konfigurationssoftware von Zijingqiao ermöglicht die Erstellung von Fenster-, Anwendungs-, Datenaktualisierungs-, Datenbank- und Objektskripten. Sie bietet zudem fast tausend Skriptfunktionen, die eine flexible und präzise Nutzung von Skripten und deren Funktionen zur einfachen Implementierung komplexer Steuerungsabläufe ermöglichen. Aktuelle Konfigurationssoftware bietet außerdem Batchverarbeitung und Rezeptwerkzeuge, die die Bedienung weiter vereinfachen. Da Konfigurationssoftware jedoch auf einem PC läuft, unterliegt sie verschiedenen Einschränkungen, und ihre Steuerungsgenauigkeit liegt mitunter unterhalb des Millisekundenbereichs. Typischerweise erreicht sie eine Genauigkeit im Bereich von einigen zehn Millisekunden, was für die meisten Steuerungsanwendungen ausreichend ist. Im Vergleich zu DCS-Systemen ist Konfigurationssoftware eine relativ neue Entwicklung und beinhaltet keine Hardwarekomponenten. Daher ist ihre Leistung in bestimmten speziellen Steuerungsanwendungen, wie z. B. der PID-Regelung, noch nicht optimal. Die beiden Technologien haben unterschiedliche Anwendungsbereiche. Erstere dient hauptsächlich der Überwachung großflächiger Steuerungssysteme, während der Anwendungsbereich letzterer zunehmend breiter wird und von der Überwachung einzelner Geräte bis hin zu Zehntausenden von Datenpunkten reicht. Um eine etwas unvollkommene Analogie zu verwenden: Ein DCS ist wie ein großer Computer mit eigener proprietärer Hardware und Software, während Konfigurationssoftware einem PC ähnelt – kleiner, flexibler und vielseitiger. Mehrere PCs können ein verteiltes Netzwerk bilden. Die Überwachungssoftware von Zijinqiao wurde erfolgreich im Erdgasüberwachungssystem von Daqing mit über 40.000 Messpunkten eingesetzt. Obwohl Konfigurationssoftware selbst noch einige Einschränkungen aufweist, verbessert sie sich stetig durch technologische Fortschritte und bietet umfangreichere Funktionen, eine stabilere Gesamtleistung, eine höhere Benutzerfreundlichkeit und breitere Anwendungsmöglichkeiten. Ob diskrete oder kontinuierliche Steuerung – Konfigurationssoftware ist für alles geeignet. Es ist zu erwarten, dass Steuerungssysteme, die auf Konfigurationssoftware als Steuerungsplattform basieren und mit Hardwaregeräten wie SPSen, intelligenten Zählern, Datenerfassungsmodulen oder -karten kombiniert werden, ein neues industrielles Steuerungsmodell darstellen werden. Dieser miniaturisierte, verteilte, kostengünstige, hochflexible und hocheffiziente Ansatz wird sich rasch weiterentwickeln, zunehmend Anerkennung finden und eine wichtige Stellung im Bereich der industriellen Steuerung einnehmen.