Optimierung von Automatisierungssystemen

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1 Foto (optional) Optimierung von Automatisierungssystemen Erstklassige Systemleistung durch Migration eines Prozessleitsystems von: Mike Vernak

2 2 Optimierung von Automatisierungssystemen Viele Verfahrensanlagen sind derzeit mit veralteten Prozessleitsystemen (Distributed Control System, DCS) ausgestattet. Wenn sich die Nutzungsdauer eines Prozessleitsystems dem Ende nähert, wird ein Upgrade auf ein neues Automatisierungssystem erforderlich. Ausschlaggebend für den Zeitpunkt des Upgrades ist die zu erwartende höhere Leistung eines neuen Automatisierungssystems gegenüber dem alten Prozessleitsystem. Die verbesserte Leistung führt zu geringeren Betriebskosten der gesamten Anlage sowie zu verringerten Ausfallzeiten und Wartungskosten. Somit kann das Upgrade durch die erhöhte Kapitalrendite gerechtfertigt werden. In diesem Whitepaper werden konkrete Möglichkeiten erörtert, dank derer ein neues Automatisierungssystem im Vergleich zu einem typischen älteren Prozessleitsystem eine bessere Leistung erzielen kann. Dabei werden unter anderem die folgenden Bereiche abgedeckt: Advanced Process Control (APC), Integration in andere fertigungsbezogene Software- und Hardwaresysteme, dezentraler Zugriff, Datenanalyse, PID-Regelkreise sowie Auswertung von Alarm- und Ereignismeldungen. Für jeden dieser Bereiche wird in diesem Whitepaper erörtert, weshalb ein neues Automatisierungssystem einem älteren Prozessleitsystem vorzuziehen ist. Endkunden können wesentlich mehr von einem neuen Automatisierungssystem erwarten als von ihrem alten Prozessleitsystem. In diesem Whitepaper wird dargelegt, inwiefern diese Erwartungen erfüllt werden und die Entscheidung für den Wechsel von einem alten Prozessleitsystem zu einem neuen Automatisierungssystem gerechtfertigt ist. Erstklassige Leistung Wie in Tabelle 1 veranschaulicht und im Folgenden erörtert, übertrifft die Leistung eines neuen Automatisierungssystems die eines älteren Prozessleitsystems in zahlreichen Funktionen. Zu den wichtigsten Vorteilen gehört eine bessere Prozessführung, die mehrere Vorzüge bietet. Tabelle 1: Vorteile neuer Automatisierungssysteme gegenüber älteren Prozessleitsystemen Erstklassige PID-Regelkreise und Autotuning Advanced Process Control Verbesserte Auswertung von Alarm- und Ereignismeldungen Mehr Optionen für Berichtsfunktionen und leichtere Implementierung Einfachere Integration in Softwaresystemen Dritter Leichtere Integration mit intelligenten Geräten, Analysatoren und Ventilen Besserer dezentraler Zugriff Niedrigere Supportkosten Besserer Zugriff auf neue Merkmale und Funktionen Es ist leichter Personal zu finden, das mit dem System vertraut ist Wird der Prozess näher an seinen Sollwerten und an seinen möglichen Grenzen geführt, so bringt dies einen höheren Durchsatz, geringere Abweichungen und mehr Qualität. Ein modernes Automatisierungssystem ermöglicht den Anwendern die Umsetzung einer besseren Prozessführung auf mehreren Ebenen. Zunächst werden mit Hilfe eines verfeinerten PID-Regelalgorithmus und schnelleren Ansprechzeiten die standardmäßigen PID-Regelkreise verbessert. Das Autotuning für PID-Regelkreise ist häufig integriert, sodass sich bessere Anfangswerte für die Tuningparameter ergeben, die wiederum kontinuierlich angepasst und optimiert werden können.

3 Optimierung von Automatisierungssystemen 3 Zusätzlich zum grundlegenden PID-Algorithmus bietet ein modernes Automatisierungssystem Optionen der Regelungstechnik, beispielsweise PID Enhanced und benutzerdefinierte Befehle (Add-Ons). PID Enhanced verwendet den Geschwindigkeitsalgorithmus der PID-Gleichung. Im Wesentlichen bedeutet dies, dass der Regelkreis mit der Änderung der Regelabweichung arbeitet. Add-on-Befehle sind spezifische, vom Anwender erstellte Befehle. Diese Befehle werden allgemein dazu verwendet, häufig genutzten Code in einem neuen Funktionsblock zu kapseln. Weiterhin stellen diese nach außen hin eine einheitliche Schnittstelle dar und liefern eine integrierte Dokumentation. Oftmals findet sich deren Anwendung in Basisfunktionen und Einzelsteuerebene. Für Regelkreise und Prozesse, die nicht mit Standard-Regelungstechnik umgesetzt werden können, sieht das neue Automatisierungssystem verschiedene Optionen aus dem Bereich der Advanced Process Control vor. Diese Optionen werden in einem folgenden Abschnitt ausführlich beschrieben. Neue Automatisierungssysteme bieten im Vergleich zu älteren Prozessleitsystemen eine bessere Handhabung von Alarm- und Ereignismeldungen. Dies verbessert die Bedienerführung. Betriebstechniker, die für den Betrieb der Anlage und die Steigerung der Anlagenleistung zuständig sind, erhalten ausführlichere Daten. Zu den Verbesserungen bei der Handhabung von Alarmmeldungen gehört die Möglichkeit, Alarmmeldungen zu priorisieren und somit deren Anhäufung zu verringern. Fehlerursachen können schneller erkannt werden. Dadurch dass eine Flut von Alarmmeldungen verhindert wird, können die Bediener schneller reagieren, die Sicherheit wird erhöht und Störungen werden verringert. Zusätzliche Alarmfunktionen beinhalten Alarm-Rationalisierung, zeitliches Zurückstellen von Alarmen und zustandsbasierte Alarme. Anlagenmitarbeiter können für die Analyse von Prozessstörungen und anderen ungewöhnlichen Zuständen auf ausführliche Listen von Alarm- und Ereignismeldungen mit Zeitvermerken zugreifen. Diese Art der Analyse kann dazu beitragen, dass Ursachen schneller ermittelt und die Probleme vom Instandhaltungspersonal von Grund auf behandelt werden können. Mit einem älteren Prozessleitsystem ist das Erstellen von Berichten in der Regel sehr schwierig. Neue Automatisierungssysteme ermöglichen das Erstellen zahlreicher Berichte auch für Personen, die keine Programmierer sind, da erstklassige Daten in leicht verständlichem Format bereitgestellt werden. Bessere Berichte ermöglichen eine bessere Übersicht über die Leistung einer Anlage und mehr Möglichkeiten zur Verbesserung des Betriebs. In einem neuen Automatisierungssystem treten weniger Fehler auf als in einem alten Prozessleitsystem. Zudem ist es im Fall eines Fehlers leichter, die entsprechenden Komponenten zu finden und das System wieder in Betrieb zu nehmen. Anbieter fügen ihren neuesten Automatisierungssystemen ständig neue Funktionen hinzu. Häufig werden diese Zusätze zu geringen bzw. keinen Kosten angeboten, insbesondere, wenn es sich um Software-Upgrades handelt. Ein älteres Prozessleitsystem wird dagegen vom Anbieter nur spärlich unterstützt, wenn überhaupt. Für ein älteres Prozessleitsystem gibt es im Vergleich zu einem neueren Automatisierungssystem nicht nur weniger Unterstützung durch den Anbieter. Es wird auch schwieriger sein, das System mit internen Ressourcen zu unterstützen. Da das ältere Prozessleitsystem wahrscheinlich auf veralteter Hard- und Software basiert, kann sich die Suche nach Supportmitarbeitern schwierig gestalten. Ein neues Automatisierungssystem wird unter Verwendung der neuesten Technologien entwickelt, sodass die Unterstützung durch interne und externe Ressourcen vereinfacht wird. Verfahrensanlagen erhalten durch ein modernes Automatisierungssystem einen Mehrwert, indem der Durchsatz erhöht, Ausfallzeiten verringert und die Qualität verbessert wird.

4 4 Optimierung von Automatisierungssystemen Advanced Process Control (APC) Die Prozesssteuerung, sowohl über herkömmliche Regelungstechnik als auch über APC (Advanced Process Control), ist die Hauptfunktion eines Automatisierungssystems. Ein zeitgemäßes Automatisierungssystem bietet im Vergleich zu einem älteren Prozessleitsystem (DCS) auf mehreren Ebenen eine erstklassige APC-Funktionalität. Zunächst verfügen viele neue Automatisierungssysteme über integrierte APC-Funktionalität, wie beispielsweise modellbasierte Funktionsblöcke und Fuzzylogik. Außerdem stellen neuere Automatisierungssysteme Tools bereit, die Anwendern das Erstellen eigener APC-Anwendungen ermöglichen. Wesentliche Komponenten dieser Tools sind normierte und individuelle Funktionsblöcke, die auf verschiedenen Wegen miteinander verbunden werden können, um eine APC-Anwendung zu erstellen. Funktionsblöcke, die auf modernen, modellbasierten Algorithmen basieren, beispielsweise IMC (Internal Model Control), können für Standard-Regelungstechnik und Advanced Process Control verwendet werden. Der IMC-Algorithmus hat eine einzelne Regelgröße (Process Variable, PV) und eine Ausgangsvariable (Controlled Variable, CV). In den meisten Fällen kann er als unmittelbaren Ersatz für einen PID-Block verwendet werden. Das vom IMC-Algorithmus verwendete Modell enthält benutzerdefinierte Werte für Prozessverstärkung, Zeitkonstante und, am wichtigsten, Prozesstotzeit. Lange Totzeiten sind häufig eine Herausforderung beim Einsatz einer PID-Regelung oder machen dessen Verwendung nahezu unmöglich. Der IMC-Algorithmus kann auf verschiedenste Weise angewendet werden, um die Möglichkeiten von APC auszuschöpfen. Ein einzelner Block, der mehrere IMC-Regler integriert, bietet einen einfachen Weg, um Regelungsaufgaben mit mehreren CVs zu begegnen, wie beispielsweise einer Flussregelung mit Split-Range-Ventilkonfiguration und Feedforward-Interaktionen. Benutzer können sogar einen einzelnen Funktionsblock projektieren, um eine einfache Mehrgrößenregelung mit zwei PVs und zwei CVs zu realisieren, die miteinander interagieren. Hierbei muss keine komplexe Logik zum Verbinden mehrere PID-Kreise geschrieben werden. Benutzerspezifische Funktionsblöcke können mit Code höherer Programmiersprachen kompiliert werden, beispielsweise C++ oder Visual Basic. Diese benutzerspezifischen Funktionsblöcke können einen großen Bereich von APC-Funktionalitäten abdecken, je nach den Fachkenntnissen des Entwicklers. Benutzerspezifische Funktionsblöcke werden oft zum Durchführen mathematischer High-Level- Funktionen verwendet, beispielsweise Kurvenanpassungen. Ein Kombinieren von normierten und individuellen APC-Funktionen ermöglicht den Anwendern das Ausregeln von Regelkreisen, die nicht durch einfache PID-Regler oder andere Methoden, wie beispielsweise PID-Enhanced oder Add-On Befehle zu bewältigen sind. Eine weitere Möglichkeit, High-Level-Regelungsfunktionen zu integrieren, besteht in der Kopplung übergeordneter Programme. Dieses externe Programm führt die APC-Algorithmen, wie beispielsweise Model Predictive Control (MPC) aus, und gibt die erforderlichen Daten an das Automatisierungssystem zurück. MPC ist typischerweise ein übergeordneter Regler, der die Prozesswerte aus dem Automatisierungssystem liest und die optimierten Sollwerte anschließend wieder zurückgibt, um so die einzelnen Regelkreise zu führen. Ein modernes Automatisierungssystem vereinfacht die Einbindung externer Anwendungen wie beispielsweise MPC ganz. Statt individuellen Code für den Datenaustausch und die Integration zu schreiben, können standardisierte Kommunikationsprotokolle wie OPC verwendet werden. Diese Protokolle vereinfachen die Integration enorm und verbessern oft auch die Leistung beim Datenaustausch. Einige Anbieter von Automatisierungssystemen verfügen über enge Partnerschaftsvereinbarungen mit anderen Softwareanbietern, um eine wirklich nahtlose Integration zu ermöglichen. Der verbesserte Zugriff auf externe APC-Anwendungen ist ein Hauptgrund für die Integration eines Automatisierungssystems mit Softwareprodukten Dritter und es gibt noch viele weitere.

5 Optimierung von Automatisierungssystemen 5 Warum integrieren? Ein neues Automatisierungssystem macht die Integration von Anwendungen anderer Hersteller wie z. B. APC sehr viel einfacher, da standardisierte Datenaustauschprotokolle und -schnittstellen verwendet werden können, beispielsweise EtherNet/IP und OPC. Im Gegensatz hierzu erforderte ein älteres DCS oft eine Integration von individueller Codierung sowie hohe Kosten für den Einkauf und die Implementierung von teuren Hardware-Kommunikationsgateways. Die Integration mit Anwendungen anderer Hersteller bietet eine Reihe von Vorteilen, die in Tabelle 2 dargestellt und erläutert werden. Tabelle 2: Warum integrieren? Verbesserte Ausführung von Anwendungen anderer Hersteller Unverzügliches Bereitstellen von Daten für alle beteiligten Systeme Vereinfachter dezentraler Zugriff Bereitstellen von Daten für Echtzeitanalysen Ermöglicht proaktive Wartung Wegfall manueller Dateneingabe Verbesserte Sicherheit durch Reduzierung der Schnittstellen nach Außen Die Integration macht Daten durch eine Reihe von Methoden unverzüglich für das gesamte Unternehmen verfügbar. Zu den beliebtesten Methoden zählt der browserbasierte Zugriff, in der das Automatisierungssystem in der Rolle als Webserver agiert. Benutzer können auf die Daten des Automatisierungssystems über einen beliebigen Browser zugreifen, es sind keine Softwareinstallationen auf PC oder mobilen Geräten erforderlich. Das Automatisierungssystem kann diesen Zugriff optimal steuern und ausschließlich berechtigten Mitarbeitern das Anzeigen und Bearbeiten der Daten erlauben. Zugriffsberechtigungen können für verschiedene Benutzergruppen unterschiedlich sein. Beispielsweise möchte die obere Führungsebene lediglich einige Betriebsparameter auf hoher Ebene abrufen, während Betriebstechniker möglicherweise einen umfassenden Zugriff benötigen, einschließlich der Möglichkeit zum Ändern der Einstellungen des Automatisierungssystems. Ein browserbasierter Zugriff kann entweder lokal auf den Betrieb eingeschränkt oder auch dezentral erfolgen, es sind lediglich eine Internetverbindung und die gültigen Anmeldeinformationen erforderlich. Für einen dezentralen Zugriff sind auch Thin Clients beliebt, die den modernen Komfort des browserbasierten Zugriffs bieten, jedoch über eine höhere Sicherheitsebene und oft eine bessere Leistung verfügen. Wenn die Daten aus dem Automatisierungssystem schnell für alle betroffenen Abteilungen in den von ihnen bevorzugten Formaten zur Verfügung stehen, ist eine erstklassige Datenanalyse möglich, die unmittelbar zu einer besseren Betriebsleistung führen kann. Daten können beispielsweise durch ein Asset Management-Paket analysiert werden, um das wahrscheinliche Auftreten eines Fehlers zu prognostizieren, und so die Durchführung einer proaktiven Wartung zu ermöglichen. Ein weiteres Argument für die Integration von Anwendungen anderer Hersteller mit einem neuen Automatisierungssystem ist der Wegfall von manuellen Dateneingaben. Mit einem älteren DCS kann die Integration von Anwendungen oft so komplex und teuer werden, dass stattdessen eine manuelle Dateneingabe als Methode zum Transfer von Daten aus einer Anwendung anderer Hersteller in das DCS verwendet wird. Ein Wechsel von einer manuellen zu einer elektronischen Dateneingabe verringert die Arbeitskosten und erhöht sowohl die Genauigkeit als auch die Geschwindigkeit des Datenaustauschs wesentlich. Der schnellere Datenaustausch ermöglicht die Integration von Echtzeit-Steuerungsanwendungen in das Automatisierungssystem, beispielsweise einer externen APC-Anwendung.

6 6 Optimierung von Automatisierungssystemen Ein weiterer wesentlicher Vorteil einer verbesserten Integration ist die höhere Sicherheit. Wenn alle Anwendungen anderer Hersteller elektronisch in das neue Automatisierungssystem integriert sind, werden die meisten Benutzer lediglich den Zugriff auf das Automatisierungssystem benötigen, jedoch keinen weiteren Zugriff auf einen Host einer Drittanbieter-Anwendung. Bei einem Zugriff nur auf das Automatisierungssystem wird die Sicherheit wesentlich vereinfacht, und die Kosten für die Implementierung und Wartung von Sicherheit werden reduziert. Mit einem zeitgemäßen Automatisierungssystem wird die Integration von Softwareanwendungen Dritter im Vergleich zu einem älteren DCS viel einfacher auch die Integration von Feldgeräten, beispielsweise intelligenten Geräten, Analysatoren und Ventilen. Intelligente Geräte vollständig nutzen Ein wesentlicher Fortschritt im vergangenen Jahrzehnt im Bereich der Automatisierung war die Verbreitung intelligenter Geräte, Analysatoren und Ventile. Diese intelligenten Geräte ersetzen herkömmliche Geräte, die einen einzelnen Ausgang (4 bis 20 ma) zur Anzeige der Messgröße (Process Variable, PV) verwendeten. Zu anderen weit verbreiteten intelligenten Geräten in Verfahrensanlagen gehören Motorstarter und Antriebe. Intelligente Geräte, beispielsweise dieser Differenzdruck- Messumformer, können wertvolle Informationen an ein zeitgemäßes Automatisierungssystem über eine digitale bidirektionale Hochgeschwindigkeitsschnittstelle wie EtherNet/IP übergeben. Intelligente Geräte besitzen eine digitale bidirektionale Hochgeschwindigkeitsschnittstelle, beispielsweise EtherNet/IP, die es den Geräten ermöglicht, gleichzeitig mehrere Messgrößen an das Automatisierungssystem zu übermitteln. Zusätzlich zum Messwert kann ein intelligentes Gerät ebenfalls Gerätezustands-, Diagnose- und Kalibrierdaten übertragen. Umgekehrt kann das Automatisierungssystem Befehle an das Gerät senden, beispielsweise zum Kalibrieren, aber auch für andere Aktionen wie Öffnen und Schließen eines intelligenten Ventils. Bei den meisten neuen Verfahrensanlagen werden intelligente Feldgeräte weitestgehend in Entwurf und Spezifikation einbezogen. Sie verwenden andere Geräte nur dann, wenn keine intelligenten Alternativen verfügbar sind. In vielen bestehenden Verfahrensanlagen werden nicht-intelligente Geräte nach und nach ersetzt. Intelligente Motorstarter und Antriebe sind auf ähnliche Weise mit dem Automatisierungssystem über digitale bidirektionale Hochgeschwindigkeitsschnittstellen verbunden. Diese Geräte kommunizieren Daten in Bezug auf Status, Betriebsvariablen und Diagnose an das Automatisierungssystem. Das Automatisierungssystem kann gleichzeitig Befehle an diese Geräte übertragen, beispielsweise für Start/Stopp-Vorgänge, oder für die Drehzahlregelung bei Frequenzumrichtern. In allen Fällen müssen diese intelligenten Geräte mit dem Automatisierungssystem verbunden werden, um die zusätzlich verfügbaren Daten in vollem Umfang nutzen zu können. Ein älteres DCS verfügt eventuell nicht über die Möglichkeiten zum Anbinden einer großen Bandbreite an intelligenten Geräten, insbesondere wenn diese Geräte verschiedene Kommunikationsprotokolle verwenden. In vielen Fällen ist ein Kommunikationsgateway erforderlich, das zusätzliche erhebliche Kosten verursacht und eine relativ geringe Leistung aufweist. Ein modernes Automatisierungssystem wird im Gegensatz dazu üblicherweise über eine ganze Reihe moderner, integrierter Kommunikationsprotokolle verfügen. Über die integrierte Kommunikationsfähigkeit der Hardware hinaus unterstützt ein zeitgemäßes Automatisierungssystem auch FDT.

7 Optimierung von Automatisierungssystemen 7 FDT ist ein Softwaremodell, welches die Kommunikations- und Konfigurationsschnittelle zwischen Feldgeräten und Host-Automatisierungssystemen standardisiert. Der DTM (Device Type Manager) von FDT stellt eine einheitliche Struktur für den Zugriff auf Geräteparameter, die Konfiguration und den Betrieb der Geräte und die Fehlerdiagnose zur Verfügung. Viele beliebte Feldbusse der Prozessautomatisierung werden von FDT unterstützt, neben anderen auch EtherNet/IP, Foundation Fieldbus, HART, Modbus TCP/IP und Profibus PA. Die Integration intelligenter Geräte in ein zeitgemäßes Automatisierungssystem eröffnet eine große Bandbreite von Funktionsmerkmalen und Fähigkeiten. Viele Kalibrierungsvorgänge können elektronisch und dezentral durchgeführt werden, und die geeigneten Kalibrierungsdaten werden automatisch im Speicher abgelegt. Zustandsdaten von intelligenten Geräten können von einem Asset Management-System für vorbeugende Wartungszwecke analysiert werden, also auf einen zu erwartenden Ausfall hinweisen. Vorbeugende Wartung ermöglicht den Anlagenmitarbeitern, intelligente Geräte nur bei Bedarf zu warten oder zu reparieren, statt einem starren Zeitplan zu folgen. Dies spart nicht nur Geld für Wartungs- und Reparaturarbeiten, es verhindert gleichzeitig kostenintensive Gerätefehler und damit verbundene Ausfallzeiten. Diagnosedaten von intelligenten Geräten können zur dezentralen Fehlerbehandlung verwendet werden und beschleunigen Reparaturen und reduzieren Wartungskosten. Partial-Stroke-Tests können bei intelligenten Ventilen elektronisch und dezentral erfolgen, mit erheblichen Einsparungen im Vergleich zu lokalen und manuellen Tests. Intelligente Geräte können einem zeitgemäßen Automatisierungssystem nahtlos zahlreiche Daten zur Verfügung stellen. Diese Daten können von einem Asset Management-System in der oben beschriebenen Weise verwendet werden. Ein modernes Automatisierungssystem kann sich nicht nur einfach mit intelligenten Geräten verbinden, sondern ebenso mit anderen häufig verwendeten Softwareanwendungen für Verfahrensanlagen. Maximieren der MES-Leistung Eine moderne Verfahrensanlage beinhaltet MES (Manufacturing Execution System)- Softwareanwendungen. Hierzu zählen unter anderem die folgenden Funktionen: HMI, Datenbank und Datenerfassung (Historian), Asset Management, Analyse von Alarm- und Ereignismeldungen, Datenanalyse, Simulation, Optimierung nicht linearer Regelkreise, Überwachung der Anlagenleistung sowie spezielle branchenspezifische Prozessanwendungen, beispielsweise die Regelung einer Destillationskolonne. Eine moderne Verfahrensanlage bietet eine ganze Reihe an MES (Manufacturing Execution System, MES)-Software anwendungen, einschließlich HMI, Datenbank, Datenerfassung (Historian) und Asset Management. Eine nahtlose digitale Hochgeschwindigkeitskommunikation mit diesen Anwendungen ist für die Maximierung der Kapitalrendite eines neuen Automatisierungssystems unabdingbar. Ein modernes Automatisierungssystem bietet integrierten Support für zeitgemäße Kommunikationsstandards bei Hardware und Software. Beispielsweise werden in der Regel mehrere Ethernet-Ports bereitgestellt, die Protokolle wie EtherNet/IP und Modbus TCP/IP unterstützen. Zudem unterstützen diese Ports typischerweise die schnelle Gigabit-Ethernet-Kommunikation.

8 8 Optimierung von Automatisierungssystemen Ältere Prozessleitsysteme sind dagegen häufig nicht einmal mit Ethernet-Ports ausgestattet und von ebenso veralteten wie langsamen seriellen Schnittstellen abhängig. Selbst wenn Ethernet- Verbindungen möglich sind, weisen diese im Allgemeinen niedrigere Geschwindigkeiten auf, und die Unterstützung für mehrere Protokolle ist praktisch nicht vorhanden. Lösungen wie Kommunikationsgateways sind teuer, schwer zu implementieren und leistungsschwach. Die Bedeutung der Integration, insbesondere in Bezug auf Asset Management-Systeme, wurde bereits in vorhergehenden Abschnitten erwähnt. Ebenso wichtig ist die Integration mit anderen Softwareanwendungen, und zwar erst recht im Falle von HMI-Anwendungen, für die eine Echtzeitsteuerung erforderlich ist. In älteren Prozessleitsystemen sind HMIs häufig die ersten veralteten Komponenten, da die zugrundeliegenden Hardware- und Betriebssystemplattformen ausgemustert werden. Mit Upgrades auf neue HMIs können sowohl die grafischen Möglichkeiten als auch die Anlagenleistung stark verbessert werden. Mit leistungsstarken Grafikfunktionen wird die Bedienereffizienz verbessert. Auf Großbildschirmen erhalten die Bediener schnell einen Überblick über den Gesamtprozess. Zudem werden für jede Bedienerstation mehrere Monitore bereitgestellt, sodass viele Funktionsbereiche eines Prozesses gleichzeitig angezeigt werden können. Die neuen HMIs können nur dann im vollen Umfang genutzt werden, wenn die Verbindungen zum Automatisierungssystem die neueste Kommunikationstechnologie aufweisen. Eine Hochgeschwindigkeits-Ethernet-Verbindung verbessert beispielsweise die Reaktionszeiten für Bediener, die mit den HMI-Bildschirmen arbeiten. Dies bietet eine ganze Reihe von Vorteilen, z. B. werden schnellere Reaktionen auf Prozessstörungen und Alarmmeldungen ermöglicht. Der Umgang mit Alarm- und Ereignismeldungen ist in vielen älteren Prozessleitsystemen eingeschränkt, da es dort auf HMI-Ebene in der Regel an integriertem Speicher und anderen Hardware-Ressourcen mangelt. Für diese Funktionen sind umfangreiche Datenspeicherungen und -manipulationen erforderlich, die mit älteren Prozessleitsystemen schwer zu bewerkstelligen sind. Ein modernes Automatisierungssystem kann eine enge Integration mit den Datenbanken und Archivsystemen bereitstellen, die von vielen Unternehmen der Prozessindustrie genutzt werden. Diese Anwendungen werden von vielen Unternehmen eingesetzt, um wichtige Daten unternehmensweit zu speichern und anzuzeigen. Ein modernes Automatisierungssystem verfügt im Gegensatz dazu über eine HMI, mit Zugriff auf nahezu unbegrenzte virtuelle PC-basierte Rechenressourcen. Dadurch können beispielsweise sehr umfangreiche Funktionen zur Auswertung von Alarm- und Ereignismeldungen implementiert werden. Mit einer zeitgemäßen HMI können z. B. nach einem kritischen Alarm alle in hoher Frequenz auftretenden Alarm- und Ereignisdaten unmittelbar gespeichert werden. Eine anschließende Analyse dieser Daten kann zum Ermitteln der Ursachen des jeweiligen Alarmzustands beitragen. Darüber hinaus können Alarm- und Ereignismeldungen mit einer modernen PC-basierten HMI nicht nur besser gehandhabt werden. Auch wenn die Daten für andere MES-Softwareanwendungen, z. B. Datenbanken und Langzeitarchive, bereitgestellt werden sollen, wird die Leistung deutlich besser sein. Datenbanken und Langzeitarchivsysteme werden in vielen Verfahrensanlagen eingesetzt, um die relevanten Daten für den jeweiligen Prozess anzuzeigen. In vielen Unternehmen gehören diese Softwareanwendungen zu den wichtigsten Tools, mit denen die Daten im gesamten Unternehmen verteilt werden. Viele moderne Automatisierungssysteme integrieren solche Systeme sehr stark, da zwischen ihnen und dem Automatisierungssystem permanent große Datenmenge in hoher Frequenz übertragen werden. Sobald die Daten in den Datenbanken und Langzeitarchiven bereitstehen, können sie analysiert werden, und die entsprechenden Ergebnisse führen häufig zu Verbesserungen der Anlagenleistung. Mithilfe einer Datenerfassung können z. B. aktuelle und historische Daten miteinander verglichen werden, um den Betrieb einer Anlage zu optimieren.

9 Optimierung von Automatisierungssystemen 9 In modernen Verfahrensanlagen kommen viele weitere Datenanalyse- und MES-Anwendungen zum Einsatz. Dazu gehört Simulationssoftware, Tuningsoftware für Regler und sogenannte Anlagen-OEE- Auswertesoftware. Auch finden branchenspezifische Lösungen, wie zum Beispiel die Regelung einer Destillationskolonne ihre Anwendung. Jedes dieser speziellen Softwarepakete muss die Daten möglichst schnell an das jeweilige Automatisierungssystem übertragen. Die Pakete sind, ebenso wie die HMI des modernen Automatisierungssystems, ausnahmslos PC-basiert. Das Automatisierungssystem selbst muss nicht zwingend PC-basiert arbeiten, ist jedoch auf die Kommunikation mit PC-basierten Anwendungen optimiert. Sowohl die HMIs als auch die unterlagerten Systemkomponenten werden üblicherweise mit mehreren Hochgeschwindigkeits-Ethernet-Ports ausgestattet. Da gängige Kommunikationsprotokolle wie EtherNet/IP und OPC unterstützt werden, ist die Plug-and-Play-Kommunikation mit externen Anwendungen möglich. Eine Software zur Auswertung der Anlagenleistung muss beispielsweise große Datenmengen analysieren und anschließend entsprechende Maßnahmen an das Automatisierungssystem übertragen. Je höher die Geschwindigkeit, desto schneller können die Maßnahmen umgesetzt werden. Auf diese Weise kann die Betriebsleistung unmittelbar verbessert werden. Verbessern des ERP-Zugriffs Viele moderne Unternehmen in der Prozessindustrie betreiben ein ERP-System (Enterprise Resource Planning, ERP), typischerweise Oracle oder SAP. Die meisten zeitgemäßen Automatisierungssysteme verfügen über eine integrierte Schnittstelle für die führenden ERP-Systeme und führen so zu reduzierten Kosten bei Integration, Implementierung und Wartung. Der Zugriff auf das ERP-System erfolgt üblicherweise unternehmensweit. Eine Verbindung mit dem Automatisierungssystem ist oft der beste Weg, um die Leistungsdaten eines Werks einer großen Zahl an Benutzern zur Verfügung zu stellen. Zusätzlich zu den Leistungsdaten können Informationen in Bezug auf Inventarbestände und anderen finanziellen Metriken dem ERP-System zur Verfügung gestellt werden. Das ERP enthält üblicherweise Auftragsdaten der Kunden, die an das Automatisierungssystem übermittelt werden können, um die Fertigung zu steuern. Ist das ERP-System mit einem zeitgemäßen Automatisierungssystem über alle Verfahrensanlagen des Unternehmens verbunden, können Entscheidungen über Produktart und Menge für jede Anlage getroffen werden. Somit lässt sich der Produktionsprozess des gesamten Unternehmens optimieren. Schlussfolgerung Ein älteres DCS ist normalerweise nicht in der Lage, eine moderne Verfahrensanlage unter optimalen Bedingungen zu betreiben. Diese suboptimale Leistung bedeutet erhebliche Kosten für die Anlage, nicht nur aus offensichtlichen Gründen wie lange Ausfallzeiten, sondern auch aufgrund vieler anderer, nicht ganz so transparenter Ursachen. Einige dieser versteckten Kosten ergeben sich durch einen nicht maximalen Durchsatz, schlechte Qualität, exzessiven Energieverbrauch, längere Reaktionszeiten bei Alarmen und Störungen sowie hohe Anforderungen an Anlagen- und Wartungsmitarbeiter. Ein zeitgemäßes Automatisierungssystem kann durch die Vermeidung dieser Kosten die Investition mehr als rechtfertigen und weitere Vorteile bieten, beispielsweise verbesserte Sicherheit, besseren dezentralen Zugriff und vorbeugende Wartung.

10 10 Optimierung von Automatisierungssystemen Literaturverweise: 1. DCS Migration Financial Justification, erstes Whitepaper in dieser Reihe, proces-wp005_-en-p.pdf 2. DCS Migration Strategy, zweites Whitepaper in dieser Reihe, proces-wp006_-en-p.pdf 3. Best Practices in Control System Migration; Dan Hebert, PE, Senior Technical Editor; 4. The Great Migration: Before Deciding, Always Look for Risk Versus Return; John Bryant, Arkema and Mike Vernak, Rockwell Automation; DetailDisplay.cfm&ContentID= Upgrading Your DCS: Why You May Need to Do It Sooner Than You Think; Chad Harper, Maverick Technologies; 6. Control System Migration: Reduce Costs and Risk by Following These Control System Migration Best Practices; Nigel James, Mangan Inc.; Weitere Informationen finden Sie unter lautomation.com Hauptverwaltung für Antriebs-, Steuerungs- und Informationslösungen Amerika: Rockwell Automation, 1201 South Second Street, Milwaukee, WI USA, Tel: , Fax: Europa/Naher Osten/Afrika: Rockwell Automation NV, Pegasus Park, De Kleetlaan 12a, 1831 Diegem, Belgien, Tel: , Fax: Asien/Australien/Pazifikraum: Rockwell Automation, Level 14, Core F, Cyberport 3, 100 Cyberport Road, Hong Kong, China, Tel: , Fax: Deutschland: Rockwell Automation, Düsselberger Straße 15, D Haan, Tel.: +49 (0) , Fax: +49 (0) Schweiz: Rockwell Automation AG, Industriestrasse 20, CH-5001 Aarau, Tel.: +41(62) , Fax: +41(62) , Customer Service Tel: Österreich: Rockwell Automation, Kotzinastraße 9, A-4030 Linz, Tel.: +43 (0) , Fax: +43 (0) Publikation PROCES-WP008A-DE-P Februar Rockwell Automation, Inc. Alle Rechte vorbehalten. Printed in USA.

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