VERTEILTE SYSTEME (4 SWS) Inhalt 1. NETZWERKE IN DER AUTOMATISIERUNGSTECHNIK... 1 1.1. Klassifizierung von Produktionsunternehmen... 1 1.2. Aufbaustruktur einer typischen Produktionsanlage... 1 1.3. Automatisierungspyramide: Zuordnung der Geräte und Anwendungen 1 1.4. Hierarchiediagramme und Automatisiserungsebenen... 2 1.5. Klassifizierung von Automatisierungssystemen... 2 1.5.1. Klassifizierungsmerkmale von Automatisierungsstrukturen... 2 1.5.2. Automatisierungssysteme im Vergleich... 3 1.5.3. Automatisierungssystem mit zentraler Funktionsstruktur... 5 1.5.4. Automatisierungssystem mit teilweise dezentraler Funktionsstruktur 8 1.5.5. Automatisierungssystem mit vollständig dezentraler Funktionsstruktur 11 1.5.6. Übung: Netzwerke in der Automatisierungstechnik... 20 1.6. Fieldbus Foundation - Ein verteiltes Automatisierungssystem... 21 1. NETZWERKE IN DER AUTOMATISIERUNGSTECHNIK 1.1. Klassifizierung von Produktionsunternehmen o Fertigungstechnische und produktionstechnische Anlagen 1.2. Aufbaustruktur einer typischen Produktionsanlage Aus welchen Komponenten besteht eine Produktionsanlage? o Anlagenkomponenten (Rohrsysteme, Ventile, Mischer etc.) o Automatisierungsmittel (Sensoren, Aktoren, Steuerungsrechner Leitsysteme) -> Topologie 1.3. Automatisierungspyramide: Zuordnung der Geräte und Anwendungen o Feldebene -> Feldgeräte, Standard-Schnittstellen, Anwendungen o Prozessebene und Aufgaben der einzelnen Ebenen o Leitebene -> Open Control Systems 1
1.4. Hierarchiediagramme und Automatisiserungsebenen o operative Automatisiserungsebenen o dispositive Automatisiserungsebenen o Aufgaben und Eigenschaften der Feldebene/Prozessebene/Leitebene im Vergleich 1.5. Klassifizierung von Automatisierungssystemen zentrale, dezentralisierte und verteilte (vollständig dezentralisierte) Automatisierungsstrukturen o Übung: Klassifikation von Automatisierungssystemen nach Topologie, Funktionsstruktur und Verbindungstechnik 1.5.1. Klassifizierungsmerkmale von Automatisierungsstrukturen Automatisierungssysteme können nach topologischen, verbindungstechnischen und funktionalen Strukturmerkmalen klassifiziert werden. Unter den topologischen Merkmalen eines Automatisierungssystems soll die Art und Weise der Anordnung bzw. Gruppierung der Automatisierungsmittel um den technischen Prozess 1 verstanden werden. Die Bandbreite reicht dabei von zentral angeordneten Steuerungseinheiten, die meist in speziellen Leitwarten untergebracht sind (z.b. Prozessrechner bei Kraftwerks-oder Hochofenanlagen), bis hin zur dezentralen Anordnung der Automatisierungseinheiten im Feldbereich, d. h. in unmittelbarer Nähe des technischen Prozesses. Die funktionale Struktur, auch als wirkungsmäßige Struktur, eines Automatisierungssystems bezeichnet, gibt dieverteilung der Steuerungsfunktionen auf die zum Einsatz kommenden Automatisierungsmittel an. Hierunter fallen Verarbeitungsfunktionenim Rahmen der Signalaufbereitung und -überwachung, aber auch signalverknüpfende Funktionen, wie sie beispielsweise bei ablauforientierten oder verfahrenstechnischen Prozessen erforderlich sind. Die Aspekte der Kommunikation zwischenden Sensoren und dem Automatisierungssystem sowie der Automatisierungsgeräte spiegeln sich in den verbindungstechnischen Strukturmerkmalen wider.gerade topologisch dezentrale Strukturen stellen hier neue Anforderungen an die Kommunikationsinfrastruktur und an eine geeigneteverbindungsund Anschlußtechnik. 1 "Technische Prozesse" sind nach DIN 66201 definiert als "Gesamtheit von in einem System aufeinander einwirkenden Vorgängen, durch die Materie, Energie oder Information umgeformt, transportiert oder gespeichert wird". 2
1.5.2. Automatisierungssysteme im Vergleich 3
Bild: Regelkreise in verfahrenstechnischen Produktionsanlagen Nachstehend finden Sie Strukturen verschiedener Automatisierungssysteme. 4
1.5.3. Automatisierungssystem mit zentraler Funktionsstruktur Bild: Automatisierungssystem mit zentraler Funktionsstruktur 5
Bild: Funktionsmodell der zentralen Steuerungsarchitektur Bild: Topologische Struktur eines zentralen Automatisierungssystems mit zentraler Funktionsstruktur und Parallelverdrahtung, Variante 1 6
Bild: Topologische Struktur eines zentralen Automatisierungssystems mit zentraler Funktionsstruktur und Parallelverdrahtung, Variante 2 7
1.5.4. Automatisierungssystem mit teilweise dezentraler Funktionsstruktur Bild: Automatisierungssystem mit teilweise dezentraler Funktionsstruktur und Zubringersysteme Bild: Funktionsmodell des dezentralen Automatisierungssystems ohne Signalvorverarbeitung 8
Bild: Dezentrales Automatisierungssystem mit teilweise dezentralisierter Funktionsstruktur ohne Signalvorverarbeitung Bild: Funktionsmodell des Automatisierungssystems mit teilweise dezentralisierter Funktionsstruktur 9
Bild: Dezentrales Automatisierungssystem mit lokaler Signalvorverarbeitung und Busverdrahtung 10
1.5.5. Automatisierungssystem mit vollständig dezentraler Funktionsstruktur Bild: Trends in der Automatisierungstechnik (Alternatives Verarbeitungs- und Verbindungskonzept) 11
Bild: Automatisierungssystem mit vollständig dezentraler Funktionsstruktur (verteiltes System) 12
Bild: Funktionsträger und Lokalisierung der Verarbeitungsprozesse bei einem Automatisierungssystem mit vollständig dedizierter Funktionsstruktur Bild: Topologisches Modell des dezentralen Automatisierungssystems mit vollständig dedizierter Funktionsstruktur und Busverdrahtung 13
Bild: Aufbaustruktur eines intelligenten Sensors/Aktors 14
Bild: Signalwirkungskette eines Prozesssignals 15
Bild: Übersicht Feldbussysteme in der Automatisierungstechnik 16
Bild: Feldkommunikationssystem eines verteilten Automatisierungssystems 17
Bild: Deterministisches Ethernet durch Full-Duplex und Switching Technology Bild: Ethernet-Bustopologie statt Einzelverdrahtungstechnik 18
Bild: Redundantes Ethernet Netzwerk Bild: Ring Redundanz Manager 19
1.5.6. Übung: Netzwerke in der Automatisierungstechnik Nachstehend finden Sie Strukturen verschiedener Automatisierungssysteme. Nehmen Sie eine Bewertung der Automatisierungssysteme vor, und zwar hinsichtlich o Verdrahtungs-, Montageaufwand und Kosten o Verfügbarkeit/ Ausfallsicherheit (LR) o Aufwand für die Realisierung struktureller Redundanz o Strukturelle Flexibilität Versehen Sie hierzu bitte die Kreise mit den entsprechenden Füllungen oder beschriften Sie die zugehörigen Felder. Verdrahtungs-, Montage- Kostenaufwand Verfügbarkeit/ Ausfallsicherheit (LR) Aufwand für strukturelle Redundanz Strukturelle Flexibilität Legende: sehr gering/ keine gering mittel hoch sehr hoch 20
1.6. Fieldbus Foundation - Ein verteiltes Automatisierungssystem Aufbaustruktur und Vernetzungstechnik eines verteilten (vollständig dezentralisierten) Automatisierungssystem o Struktur von intelligenten Sensoren und Aktoren o Dokumente zum Feldbus Foundation Fieldbus Understanding Foundation Fieldbus Technology - Overview (1.1MB) Foundation Fieldbus Technical Brochure (964kB) Foundation Fieldbus Blocks and Applications (1.2MB) Foundation Fieldbus Tutorial, Fa. SMAR (1.1MB) Foundation Fieldbus Solution and Asset Optimization, Fa. ABB (950kB) 21