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Institut für Automatisierungstechnik

Prozessleittechnik

Automatisierung für die Industrie

Roland GöhlerTel.: 03731 39 2922

• Leittechnik

• Leitsysteme

• Prozessleitsysteme

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Einführung

Marktsituation und Markttrends

Weltmarkt für Prozessautomatisierung steigt zwischen 2000 und 2005 mit 3,6% und zwischen 2005 und 2010 mit 5,1% pro Jahr.

2000: 61,3 Mrd. USD2005: 73,3 Mrd. USD2010: 94,2 Mrd. USD

73,7% auf die Kernprozesse,

Von den 61,3 Mrd. USD in 2000

5,4% auf Abfüllanlagen und Verpackungsmaschinen

6,2% auf Lagereinrichtungen

14,7% auf Nebenanlagen und End-ofpipe- Umweltanlagen

46,9 Mrd. USD auf die Projekt- bzw. Erstellungsphase der Automatisierungssysteme

14,4 Mrd. USD auf die Betriebsphase der Automatisierungstechnik

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Von der Automatisierungs-Hardware wiederum entfielen im Jahre 2000 etwa 39,3% auf die Leitebene und 60,7% auf die Feldebene inklusive der in den diversen prozesstechnischen Maschinen integrierten Sensoren, Messgeräten und Aktuatoren

Bis zum Jahre 2010 wird der weltweite Anteil der Leitebene an der gesamten Hardware auf voraussichtlich 35,8% abnehmen

Die wichtigsten Gründe sind: die Verlagerung der Intelligenz in Richtung Feldebene und deutliche Preisreduktionen bei Produkten und Systemen der Leitebene

Ein besonders starkes Wachstum weisen die Komponenten der Feldbus-Kommunikation sowie für Ethernet/TCP-IP auf. Während erstere mit voraussichtlich 8,2% jährlich wachsen, wird für letztere ein Wachstum von rund 17% erwartet

der Anteil des extern nachgefragten Engineering steigt weltweit weiter an

Engineering wird unterschieden in Basic Engineering (Basisplanung), Detail Engineering (Ausführungsplanung) und Anwendungs-Engineering(Software-Engineering und kleinere Hardware-Adaptionen.

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Vor allem bei prototypischen Anlagen wächst der Anteil der Engineering-Dienstleistungen weiter an

Aber auch der steigende Trend zur Rationalisierung und Anlagenoptimierung sowie die weitere Vernetzung mit den Informationssystemen der Betriebsleitebene und der Unternehmensplanung lassen den Anteil des Engineerings an den Gesamtanlagenkosten weiter steigen

Der Anteil der für die Betriebsphase relevanten extern nachgefragten "Services„ wie Instandhaltung, Adaptionen, Support und Schulung einschließlich Abriss und Entsorgung bleibt mit 11% bis zum Jahre 2010 nahezu konstant

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Technologische Trends

Intelligenz, Modularität und Ferndiagnostik sind die Trends der Zukunft.

Dezentrale Automatisierung ermöglicht die Verteilung intelligenter Automatisierungskomponenten über die Gesamtanlage (Intelligente Pumpen)

Neue biotechnologische Verfahren stellen neue Herausforderungen für die Automatisierung dar, insbesondere in der Pharmaproduktion und der biotechnologisch basierten Feinchemieproduktion.

Mini- und Mikroreaktoren und deren Automatisierung stellen zukünftig neue Anforderungen an die Automatisierung.

die Automatisierungstechniken werden von der vertikalen Integration mit den Informationstechniken der Unternehmensleitebene maßgeblich profitieren.

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Begriffe zur Automatisierung (DIN 19233)

Automat

Ein selbsttätig arbeitendes künstliches System, dessen Verhalten entweder schrittweise durch vorgegebene Entscheidungsregeln oder zeitkontinuierlich nach festgelegten Beziehungen bestimmt wird und dessen Ausgangsgrößen aus seinen Eingangs- und Zustandsgrößen gebildet werden.

Ein wesentliches Merkmal des programmgesteuerten Automaten ist das Vorhandensein mindestens einer Verzweigung im Programm mit verschiedenen Ablaufmöglichkeiten, zwischen denen aufgrund der Eingabe von außen und des inneren Zustands entschieden wird. Auch das Stillsetzen ist als möglicher Zweig des Programmablaufs zu verstehen.Der Programmablauf wird durch äußere Anregung ausgelöst oder gesteuert, die Bestandteil der Eingabe ist oder diese selbst darstellt.

Prozessleittechnik / Einführung

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Automatisch

Nach Art eines Automaten arbeitend

Automatisieren, Automatisierung

Diese Ausrüstung (z. B. Geräte, Programme) ist nach DIN 19222 eine Leiteinrichtung.

Das Ausrüsten einer Einrichtung, so dass sie ganz oder teilweise ohne Mitwirkung des Menschen bestimmungsgemäß arbeitet.

Automatisierungsgrad

Anteil der automatisierten Funktionen an der Gesamtfunktion einer Anlage.

Er kann nur für ein festgelegtes System, dessen Grenzen genannt sein müssen, unter Bewertung seiner Funktionen angegeben werden.

Vollautomatischer Betrieb liegt vor, wenn alle Funktionen des betrachteten Systems mit Ausnahme von Einschalt- oder Abschaltvorgängen automatisiert sind. Sonst liegt teilautomatischer Betrieb vor.

Prozessleittechnik / Einführung

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Fachinhalt

Es gibt keinen definierten Fachinhalt der Automatisierung

Basistechniken der Automatisierung

• Sensor- und Aktortechnik

• Regelungstechnik

• Steuerungstechnik

• Leittechnik

• Robotertechnik

Prozessleittechnik / Fachinhalt

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Integrationstechniken der Automatisierung

• Rechentechnik

• Informationstechnik

• Kommunikationstechnik

• Mensch-Maschine-Systeme

• Struktur- und Systemtechnik

• Managementtechniken

Prozessleittechnik / Fachinhalt

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Kondratieff-Zyklen

Entwicklung der PLT / Entwicklungsetappen der PK

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Ein System ist eine in einem betrachteten Zusammenhang gegebene Anordnung von Gebilden, die miteinander in Beziehung stehen. Diese Anordnung wird aufgrund bestimmter Vorgaben gegenüber ihrer Umgebung abgegrenzt. (DIN 19226)

System

Grundbegriffe der Prozessleittechnik

PLT / Grundbegriffe (1)

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Gesamtheit von aufeinander einwirkenden Vorgängen in einem System, durch die Materie, Energie oder auch Information umgeformt, transportiert oder auch gespeichert wird. (DIN 19226)

Prozess

Ein technischer Prozess ist ein Prozess, dessen physikalische Größen mit technischen Mitteln erfasst und beeinflusst werden

PLT / Grundbegriffe (2)

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Prozesstechnik

Befasst sich mit der Durchführung solcher Vorgänge

PLT / Grundbegriffe (3)

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ProzessautomatisierungAutomatisierung technischer Prozesse

Prozessautomatisierungssystem beinhaltet drei miteinander gekoppelte Arten von Systemen

Ein technisches System, in dem ein technischer Prozess (Umformung, Verarbeitung und Transport von Materie oder Energie) abläuftEin Rechner- und Kommunikationssystem, in welchem ein Informationsprozess abläuft (Umformung, Verarbeitung und Transport von Informationen)

Es dient zur Erfassung, Verarbeitung und Darstellung von Informationen über das Prozessgeschehen sowie zur Ausgabe von Informationen mit dem Ziel, den Ablauf des technischen Prozesses in der gewünschten Weise zu steuern

Automatisierung technischer Prozesse

Prozessautomatisierungssystem beinhaltet drei miteinander gekoppelte Arten von Systemen

Das Prozessbedienpersonal, also Menschen, die das Prozessgeschehen über entsprechende Darstellungsmedien verfolgen, die die Vorgänge leiten und beeinflussen oder im Falle von Ausnahmesituationen und Störungen tätig werden

PLT / Grundbegriffe (4)

15PLT / Grundbegriffe / Prozessautomatisierung (1)

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Analoges Signal

Ein analoges Signal ist ein Signal, bei dem einem kontinuierlichen Werteverlauf des Informationsparameters Punkt für Punkt unterschiedliche Information zugeordnet ist

PLT / Grundbegriffe / Signale

17PLT / Grundbegriffe / Signale

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19PLT / Grundbegriffe / Signale

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Digitales Signal

Ein digitales Signal ist ein Signal mit einer endlichen Anzahl von Wertebereichen des Informationsparameters, wobei jedem Wertebereich als Ganzem eine bestimmte Information zugeordnet ist.

Binäres Signal

Ein binäres Signal ist ein digitales Signal mit nur zwei Wertebereichen des Informationsparameters.

PLT / Grundbegriffe / Signale

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Gesamtheit aller Maßnahmen, die einen im Sinne festgelegter Ziele erwünschten Ablauf eines Prozesses bewirken. Die Maßnahmen werden vorwiegend unter Mitwirkung des Menschen aufgrund der aus dem Prozess oder auch aus der Umgebung erhaltenen Daten mit Hilfe der Leiteinrichtunggetroffen. (DIN V19222)

Leiten

Der im Sinne dieser Ziele erwünschte Prozess kann durch Eingangs-, Zustands- und Ausgangsgrößen und deren Beziehungen untereinander beschrieben werden.

Die Maßnahmen werden vorwiegend unter Mitwirkung des Menschen aufgrund der aus dem Prozess oder auch aus der Umgebung erhaltenen Daten mit Hilfe der Leiteinrichtung getroffen.

zu erreichende Ziele können sein

Sollwerte,

Sollzustände,

deren Verläufe

ein Gütekriterium.

PLT / Grundbegriffe / Leiten (1)

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Datenflussfluss, Signalfluss

Darstellung des Leitens eines Prozesses

Prozessgegenstand: Materie, Energie, Information

PLT / Grundbegriffe / Leiten (2)

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Gesamtheit aller für die Aufgabe des Leitens verwendeten Geräte und Programme, sowie im weiteren Sinne auch aller Anweisungen und Vorschriften

Leiteinrichtung

Zu den Geräten gehört auch die Prozessleitwarte, und zu den Anweisungen und Vorschriften gehören auch die Betriebshandbücher.

Das Ausrüsten eines Prozesses mit einer Leiteinrichtung bezeichnet man als Prozessautomatisierung

PLT / Grundbegriffe / Leiteinrichtung (1)

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Ebenen der Automatisierungstechnik

Aut.grad

Zeit-anford.

Räuml.Abstand

gering Offline prozessfern

mittel Online prozessfern

hoch Echtzeit prozessnahSteuern

Leiten

Disponieren

Planen

Technischer Prozess

PLT / Ebenenmodell der AT

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Räumliche Entfernung

Kein Einfluss auf die Informationsverarbeitung

Begrenzte Datenübertragungsgeschwindigkeit

Prozessnahe Einrichtungen: Datenübertragung erfolgt parallel keine zeitliche Verzögerung

Prozessferne Einrichtungen: Datenübertragung erfolgt seriell zeitliche Verzögerung

PLT / Grundbegriffe (6)

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Gerätetechnische Anforderungen

Verfügbarkeit

Wahrscheinlichkeit, dass ein Gerät oder eine Anlage funktionsfähig ist

Mean Time to Repair (MTTR ) Reparaturzeit

Dieser Wert gibt an, nach welcher Betriebsdauer ein technisches Gerät seinen ersten Fehler macht, bzw. wann es das erste Mal ausfällt. Hierbei ist davon auszugehen, dass der Fehler nicht durch einen eingebauten Mechanismus korrigiert werden kann

mittlere Dauer der Wiederherstellung nach einem Ausfall

Redundante Geräteausstattung

Mean Time To Failure (MTTF, mittlere ausfallfreie Arbeitszeit)

Mean Time Between Failure (MTBF = MTTF+MTTR) Zuverlässigkeit

mittlere Ausfallzeit zwischen auftretenden Fehlern unter Berücksichtigung der mittleren Reparaturzeit

PLT / Grundbegriffe (7)

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Verträglichkeit

Extreme Temperatur, hohe Feuchtigkeit, Staubeinwirkung, mechanische Belastung

Mit der Umgebung

Für die Umgebung

Explosions- und Brandschutz, EMV-Verträglichkeit

Genauigkeit und Reproduzierbarkeit

Sicherheit

Im Fehlerfall soll die Einrichtung in einen sicheren Zustand (Fail-Safe-Verhalten) übergehen

PLT / Grundbegriffe (8)

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Modelle

Die Analyse des Verhaltens und der Eigenschaften technischer Prozesse, von Maschinen, Aggregaten und Anlagen bezeichnet man als Modellbildung.

Im Ergebnis entsteht ein Modell in verschiedenen Ausprägungen

Modelle sind vereinfachende Bilder des Eigenschafts- und Funktionsprofils des Originals (der Realität)

Gute Modelle besitzen drei Grundeigenschaften:

Relative Widerspruchsfreiheit in Hinblick auf die Zielstellung

Relationstreue der Abbildung des Verhaltens Modell - Original

Einfachheit

PLT / Modelle

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Modellbildung

Modellbildung kann als Abbildungsvorgang betrachtet werden

Idealisierte Modellbildung

PLT / Modellbildung

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Fließbilder

Spielen im Entwicklungsprozess eine zentrale Rolle

Zuerst wird die Struktur des Prozesses bestimmt

Grundfließbild

Darstellung von Verfahren oder Anlage durch Rechtecke, die durch Linien verbunden sind

Rechtecke:

• Verfahrensabschnitte

• Grundoperationen

• Anlagenkomplexe

• Anlagen

• Teilanlagen

• Anlagenteile

Prozessmodell / Grundfließbild

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Linien

• Stoff- & Energieströme

Grundinformationen

Benennung der Rechtecke

Benennung der Ein- und Ausgangsstoffe

Fließrichtung der Hauptstoffe zwischen den Rechtecken

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Phasenmodell

Erweiterung des Grundfließbildes durch die Phasen der Zwischen- und Endprodukte

Prozessmodell / Phasenmodell

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Verfahrensfließbild

Anlage wird mit Hilfe von grafischen Symbolen wiedergegeben, welche durch Linien verbunden sind

Prozessmodell / Verfahrensfließbild

Graphische Symbole = Anlagenteile

Linien = Fließlinien für Stoff & Energie

Symbole sind in DIN EN ISO 10628 festgelegt

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Grundinformationen

Art der für das Verfahren erforderlichen Apparate und Maschinen (außer Antriebsmaschinen)

Bezeichnung der Apparate und Maschinen (außer Antriebsmaschinen)

Fließweg und Fließrichtung der Ein- und Ausgangsstoffe und EnergienBenennung und Durchflüsse bzw. Mengen der Ein- und Ausgangsstoffe

Benennung von Energien bzw. Energieträgern

Charakteristische Betriebsbedingungen

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Rohrleitungs- und Instrumentenfließbild (R&I-Fließbild)

Besitzt größten Informationsinhalt

VT-Fließbild wird um die PLT-Stellen erweitert

Zusätzlich werden Kenngrößen (Maximaldrücke, Behältervolumina, Leitungsdaten, …) aufgeführt

Prozessmodell / R & I - Fließbild

R&I-Fließbild muss mit graphischen Symbolen aufgebaut werden

Repräsentiert sowohl Verfahren als auch die Instrumentierung für die praktische Handhabung hinreichend genau

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Funktion und Art der Apparate und Maschinen, einschließlich Antriebe, Rohrleitungen, Transportwege, Armaturen + installierter Reserve

Identifikations-Nummern der Apparate und Maschinen einschließlich der Antriebsmaschinen

Kennzeichnende Größen von Apparaten und Maschinen, gegebenenfalls in Form getrennter Listen

Nennweiten, Druckstufe, Werkstoff, Ausführung der Rohrleitungen

Angaben zu Apparaten, Rohrleitungen und Armaturen

Mess-, Regel- und Steuerfunktionen mit Identifikations-Nummer

Kennzeichnende Daten von Antriebsmaschinen gegebenenfalls in Form getrennter Listen

Grundinformationen

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Fließschema-Gestaltung

Die Maße der graphischen Symbole für Apparate und Maschinen – mit Ausnahme von Pumpen, Antriebsmaschinen, Ventilen und Fittings -sollten in ihrer Höhenlage zueinander und in ihren äußeren Abmessungen annähernd maßstäblich dargestellt werden

Die graphischen Symbole für Mess-, Steuerungs- und Regelungsgeräte an Apparaten, Maschinen und Rohrleitungen, sowie Rohrleitungen und Armaturen müssen in ihrer logischen Position dargestellt werden

Zur übersichtlichen Gestaltung sind unterschiedliche Linienbreiten zuverwenden. Hauptfließlinien bzw. Hauptrohrleitungen sollen zur Verbesserung der Übersichtlichkeit hervorgehoben werden

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Die Hauptfließrichtung verläuft im allgemeinen von links nach rechts und von oben nach unten

Zur Angabe des Ein- und Ausganges von wichtigen Stoffen in das bzw. aus dem Fließschemata werden Ein- und Ausgangspfeile verwendet

Zur Angabe der Fließrichtung von Stoffen innerhalb des Fließschemata werden Pfeile in die Linien gezeichnet. Die Pfeile können zum besseren Verständnis am Eintritt zu Apparaten und Maschinen und vor Rohrabzweigungen gesetzt werden

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Des Weiteren werden sie nach Grundreihe und Detailreihe geordnet

Die Grundreihen sind vorzugsweise in der Anfangsphase der Konstruktion zu verwenden (Verfahrensfließbild)

Die Detailreihe wird in einem fortgeschritteneren Stadium oder im Endstadium der Planungsarbeiten verwendet (R&I-Fließschemata)

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Graphische Symbole zur Darstellung der ESMR-Aufgaben (DIN 29227)

Aufgabenbezogene Darstellung der Prozessleittechnik

Prozessleittechnik umfasst nur die prozessbezogene Elektro-, Mess-, Steuer- und Regelungstechnik

Anwendung in allen verfahrenstechnischen Anlagen

Chemische Industrie, Mineralölindustrie, Kraftwerksanlagen, Hüttenwerke und Zechen, Bauindustrie, Steine und Erden, Zellstoff- und Papierindustrie, Nahrungsmittelindustrie, Gas-und Wassertechnik, Klimatechnik, …

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Messort

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Kennbuchstaben für EMSR-Technik

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Zielsetzung

Zur Realisierung aller für den Betrieb einer Produktionsanlage geforderten Funktionen ist eine geeignete Automatisierungsstruktur erforderlich.

Prozessleitsysteme:

Netzwerk aus AutomatisierungsrechnernIn der Gesamtheit haben sie geforderte Funktionen zu erfüllenHoher DatendurchsatzHohe VerfügbarkeitHohe Flexibilität bei der Erweiterung einer Anlage

Prozessleitsysteme (PLS) umfassen alle informationsverarbeitendenEinrichtungen zwischen den Sensoren und Aktoren und dem Bediener, der den Prozess leitet.

PLS

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Anforderungen

Reaktionszeit auf Prozessereignisse (Echtzeitanforderungen)Benötigte Bedienerschnittstellen (Bildschirme, Bedienpanels, …)

Verwaltung und Durchsatz großer Datenmengen

Verteilte Automatisierungsstruktur:

Struktur von PLS

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Topologie

Parallele Technik

Viele einzelnen Geräte mit wenigen Funktionen (Regler, Schreiber, Taster, Leuchtmelder, …)Geräte sind in der Messwarte installiertÜbersichtliche Anordnung auf Tafelwänden ist schwierig

War in früheren Zeiten aktuell

Tafeln haben beträchtliche Ausmaße

Topologie von PLS

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Vorteil:

Hohe Verfügbarkeit der Anlage

Änderungen und Erweiterungen in technischen Einrichtungen sind leicht durchführbar

Nachteil:Verknüpfung der PLT-Stellen zur Lösung komplexer Steuerungs- und Regelungsaufgaben ist nur durch explizite Verdrahtung möglichunfelxibel

Bei Änderungen kostenspielige Umverdrahtung

Automatischer Ablauf eines Produktionsverfahrens ist nur aufwendig realisierbar

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Zentrale Technik

Zentraler Rechner mit Schnittstellen zum Prozess wird eingesetzt

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Beliebige Verknüpfungen können flexibel durch Software realisiert werdenÄnderungen sind einfach und kostengünstig

Vorteile:

Nachteile:

Zur Realzeitbearbeitung vieler Teilprozesse ist eine relativ hohe Rechenleistung bei großer Datenrate für die Ein-/Ausgänge erforderlich

Hohe Kosten für ZentralrechnerVerfügbarkeit der Gesamtanlage ist relativ gering

Einsatz redundanter Rechner wird oft erforderlich (Kostenerhöhung)

⇒ Einsatz in Produktionsanlagen selten

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Dezentrale Technik

Vereint Vorteile der parallelen und der zentralen TechnikMehrere Rechner werden zur Automatisierung einzelner Teilprozesse eingesetztVerschiedene Funktionen werden jeweils auf dafür zugeschnittene Rechner verteiltFür den Datenaustausch ist ein leistungsfähiges Kommunikationssystem notwendig

Modere Prozessleitsysteme lassen sich stets dezentral einsetzen (dezentrale Prozessleitsysteme (DCS, Distributet Control System))

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Hauptvorteile

Höhere Leistungsfähigkeit, da der notwendige Gesamtdatendurchsatz bei vielen parallel arbeitenden Komponenten wesentlich leichter zu realisieren ist

Skalierbarkeit bez. des Mengengerüstes, d.h. die Anlage kann immer weiter wachsen, ohne das Probleme mit der Instrumentierung auftreten.

PLS muss bez. Automatisierungsgrad und der realisierten Funktionen erweiterbar seinModularität des Gesamtsystems und auch dessen Komponenten in Hardware und Software ermöglicht eine kostengünstige Anpassung an die Bedürfnisse in der zu automatisierenden Produktionsanlage

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Rechner, die für die sog. prozessnahen Funktionen erfassen, regeln, steuern und stellen zuständig sind, werden prozessnahe Komponenten (PNK) genannt

Einer selbständig arbeitenden Teilanlage sollte möglichst eine PNK zugeordnet werden (bei Ausfall nur eine PNK betroffen)

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In einem PLS werden alle Komponenten mittels Digitalrechner realisiert

Bildschirme und Tastaturen unterstützen das Bedienen und Beobachten

Die als Schnittstelle zum Bediener eingesetzten Rechner, mit denFunktionen Bedienen, beobachten, melden, alarmieren, protokollieren, werden Anzeige- und Bedienkomponente (ABK) genannt

LRK (Leitrechnerkomponente) für teilanlagenübergreifende Steuerungsaufgaben

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Prozessnahe Komponenten (PNK)

Funktionen sind:

Erfassen und elementares Verarbeiten von Prozesssignalen (z.B. Linearisierung für Thermoelemente) entweder über eingebaute Ein/Ausgangs-Karten oder –Module oder über Kopplungen zu Feldbussen

Ermittlung von Grenzwertüberschreitungen und Erzeugung von Alarmsignalen

Bearbeitung von RegelungenAusführen von Verriegelungs- und AblaufsteuerungenAusführen von höheren Überwachungs- und Regelungsstrategien

Ausführen von Teilsteuerrezepten bei Chargenproduktion

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Aufbau

„Spezialrechner“ mit einem residenten Echtzeitbetriebssystem

Meist kommt eine SPS zum Einsatz

Zentralbaugruppe zur Prozessdatenverarbeitung

E/A-Baugruppen für Prozesssignalanschlüsse

Anschaltbaugruppen zur Kopplung an ABK

Anschaltbaugruppen für Feldbussysteme

24-V-Spannungsversorgung

Wichtig ist eine Aussage zur Unwahrscheinlichkeit eines Ausfalles

Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)

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Anzeige- und Bedienkomponente (ABK)

Schnittstelle zwischen dem Anlagenbediener und dem Prozess

Wird auch als HMI (Human Machine Interface) bezeichnet

ABK‘s arbeiten teilanlageübergreifend, d.h. von einer ABK aus kann sowohl jede beliebige Teilanlage als auch die Gesamtanlage visualisiert werden

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Funktionen

Bedienoberfläche für elementare PLT-Funktionen(Öffnen von Ventilen, Vorgabe des Sollwertes eines Reglers usw)Bedienoberfläche für Ablaufsteuerungen

Bedienoberfläche für die Rezeptfahrweise

Anzeige des aktuellen Zustandes aller Sensoren und Aktoren

Anzeige des Kurvenverlaufes von analogen Prozess- und Produktgrößen

Anzeige der aktuellen Schritte von Ablaufsteuerungen

Melden von Alarmen

Archivieren und Protokollieren von Meldungen und Produktionsdaten

Archivieren und Protokollieren von Messwerthistorien

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Für das Instandhaltungspersonal werden bereitgestellt:

Werkzeuge zur Fehlersuche in den PNK‘s

Diagnosefunktionen über den Zustand aller Hardware-Komponenten des PLS

Aufbau

Als ABK‘s werden Workstations oder PC‘s verwendet

Multitasking-Betriebssysteme

Oberfläche soll akzeptiert werden, den Bediener führen und Bedienfehler vermeiden helfen

Bildschirme haben eine Diagonale von 17“ bis 21“

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Engineering Workstation (EWS)

Konfigurieren aller Funktionen der PNK‘s (Verknüpfungen, Abläufe usw)

Konfigurieren aller Funktionen der ABK‘s

Erstellen einer Systemdokumentation über die gesamte Applikation

Erstellen anwenderspezifischer Software

Für das Instandhaltungspersonal werden bereitgestellt:

Werkzeuge zur Fehlersuche in den PNK‘s

Diagnosefunktionen über den Zustand aller Hardware-Komponenten des PLS

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Leitrechnerkomponentenkomponente (LRK)

Erstellen und Verwalten von Rezepten bei Chargenproduktion

Teilanlagenkoordinierung

Auswerten von Produktionsläufen: Prozesssignale, Meldungen, Alarme

Erstellung von Protokollen

Zum Einsatz kommen Workstation und PC‘s

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Netzwerkkomponenten

Funktionen

Für die Kommunikation zwischen PNK, ABK und LRK werden Verbindungen benötigt

Die zu sendende Nachricht hat den richtigen Empfänger zu erreichen

Eindeutige Identifikation beider durch Hostname,, IP-Adresse, MAC-Adresse …

Benutzung von gesicherten oder ungesicherten Protokollen

Bei gesicherten Protokollen erhält der Absender eine Rückmeldung Bei nicht einwandfreiem Empfang wird die Nachricht noch einmal gesendet

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Topologie

Bus, Stern, Ring

Übertragungsmedien

Kupferkabel

Koaxialkabel

Verdrillte Doppeladern (Twisted Pairs)

Glasfaserkabel (Fiber Channel)

Leitungsfreie Übertragung (Wireless LAN)

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• Industrie-PC

Beeinflussung von Produktionsprozessen stellt besondere Anforderungenan die Zuverlässigkeit der Hardware-Komponenten

Geräte müssen mechanischen Beanspruchungen wie Stößen und Vibrationen in der Nähe laufender Maschinen standhalten.

Sie dürfen bei thermischer Belastung durch Außentemperaturen ( z.B. 5 … 60 °C) nicht ausfallen

Struktur von PLS / Trends / Industrie-PC

Das Eindringen von Stäuben, Spritzwasser und Dämpfen in ihr Gehäuse muss verhindert werden (IP-Schutzarten)

Eletromagnetische Verträglichkeit

- Hardware

69Struktur von PLS / Trends / IP-Schutzarten

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- Betriebssystem

Ein Betriebssystem für die Automatisierungstechnik benötigt die folgenden Eigenschaften:

Kurze Reaktionszeiten

Echtzeitfähigkeit

Stabilität

Multitasking

Modularität

Skalierbarkeit

Windows (2000, XP) stellt trotz der Kurzlebigkeit am PC-Markt eine gewissen Investitionsschutz dar

Struktur von PLS / Trends / Betriebssystem

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Fehlende Realtimefähigkeit wird durch ein Zusatzmodul (z.B. Real Time Extension) erreicht

Muss vom jeweiligen Hersteller angepasst werden

Schnelle Innovationszyklen und Versionswechsel bereiten bei der Betreubarkeit von PC-Automatisierungssystemen Sorgen

In der Industrie beträgt die Anlagenlebensdauer 5 bis über 20 Jahre

Bei Instandhaltungsmaßnahmen müssen Hardware-Komponenten ausgetauscht, Applikations-Software ergänzt und ggf. Fehler in der Systemsoftware korrigiert werden

Struktur von PLS / Trends / Betriebssystem

Beim PC-Einsatz hängt alles von der zukünftigen Kompatibilität ab

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- Stand der Rechnernetzwerke

Struktur von PLS / Trends / Rechnernetzwerke

Leitsystemstruktur in PC-gestützten PLS

Der offene Bus, auch Factory-Bus genannt, stellt die Schnittstelle zwischen dem PLS und den Verwaltungsfunktionen der Betriebsleitebene dar.

Realisiert wird er durch den De-facto-Standard Ethernet mit dem TCP/IP-Übertragungsprotokoll