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DHBW Mannheim Automatisierungssysteme Mensch - Maschine - Schnittstellen Erich Kleiner, Juli 2014 1. Begriffe ASA_HMI.doc 1 Mensch - Maschine - Schnittstelle (englisch: HMI: Human Machine Interface) Diese Unterlage führt ein in die Aufgaben und Arten der Schnittstellen - Einrichtungen zwischen Mensch und Maschine in Automatisierungssystemen. Inhalt: Seite: 1 Begriffe 1 2 Meldungsarten 2 3 Prozessbedienung / - Beobachtung (OMS) 3 4 Prozess-Informations-Management (PIMS) 4.1 Anzeigen / Ausdrucke 7 4.2 Real Time Performance Monitoring (RTPM) 8 4.3 Datenspeicherung und -Verdichtung 9 5 Anordnung 10 6 Diagnose 11 7 Engineering 12 1. Begriffe Unter "Kommunikation" versteht man in Automati- sierungssystemen Komponenten zur Information des Menschen über den Zustand des Prozesses und der Leitanlage sowie zum Eingriff in den Pro- zess mit Hilfe der Leitanlage, zusammenfassend bezeichnet als "Mensch - Maschine - Schnittstelle" Im englischen Sprachraum sagt man: Human - Machine - Interface (HMI). Mit dem Begriff „Kommunikation“ wird heute nur noch der gesamte Signalaustausch zwischen den Komponenten bezeichnet, z.B. über Busse. Es gibt Schnittstellen zwischen Mensch und Prozess für die Aufgaben: - Bedienen und Beobachten (überwachen) der Anlage durch den Menschen (OMS = Operating and Monitoring System), - Auswerten der Prozessdaten für Betriebsführung und Optimierung (IMS = Information Management System oder PIMS = Process Inf. Man. Syst.) Allgemeine Bezeichnung: „SCADA“ : Supervisory Control And Data Acquisition, = Computersystem zur Sammlung und Analyse / Bewertung von Echtzeit Prozessdaten mit Anzeigen und Alarmausgaben, meist als „Server / Client-System“ Und es gibt Schnittstellen zw. Mensch u. Leitanlage: - Planen / laden und in Betrieb nehmen der Leit- anlage einschließlich Konfigurierung und Parame- trierung, - Instandhalten der Anlage, insbesondere der Leit- anlage, durch Störungsdiagnose und - Behebung. Bild 1 zeigt die Prozess- nahen Komponenten Signalaufbereitung, -Verarbeitung und -Ausgabe sowie diejenigen Komponenten, die als Schnitt- stellen zum Menschen in der Betriebs- und Unter- nehmensebene dienen. Weil auf allen Ebenen eine übersichtliche und im Bedarfsfall auch detaillierte Darstellung des Pro- zess- bzw. Leitanlagenzustands benötigt wird und dazu große Datenmengen bewältigt werden müs- sen, werden Mensch-Maschine-Schnittstellen bei mittleren und großen Anlagen auf Rechnern reali- siert, heute auf entsprechend ausgerüsteten PCs. Bild 1: Prozess-nahe Komponenten und Mensch-Maschine-Schnittsellen in Automatisierungssystemen I I Prozess: Sensoren Aktoren = Zustandserfassung = Prozesseingriffe Feldebene Signal Aufbereitung, Signal Ausgabe: - n von m (bei Mehrkanaligkeit) - Prellunter- - Grenzsignal- drückung, Bildung, - Leitungs- - Bereichs / Grad. überwachung überwachung Eingabe - n von m (bei Mehrkanaligkeit) - Prellunter- - Grenzsignal- drückung, Bildung, - Leitungs- - Bereichs / Grad. überwachung überwachung Eingabe Ausgabe -Überwach. Ausgabe -Überwach. Vor-Ort- Eingriffe Vor-Ort- Eingriffe Prozessebene Verarbeitung: Steuerung / Regelung / Überwachung Verarbeitung Steuerung / Regelung / Überwachung Verarbeitung Mensch- Maschine Schnittstelle Engl.: HMI (Human Machine Interface) Schnittstelle Mensch - Prozess: Betrieb / Unternehmen Betriebsweise / -Daten darstellen, auswerten, Statistik Disposition, Optimierung Betriebsweise / -Daten darstellen, auswerten, Statistik Disposition, Optimierung Schnittstelle Mensch - Prozess: Prozessebene Bedienen, Beobachten: Probleme Zustände Befehle Parameter melden anzeigen geben einstellen Bedienen, Beobachten: Probleme Zustände Befehle Parameter melden anzeigen geben einstellen Diagnose Auswertung und Anzeige v. Störungen Diagnose Auswertung und Anzeige v. Störungen Von anderen Prozessen Von anderen Prozessen Schnst. Mensch - Leitsystem Engineering / Service - Grenzwerte - Signalbehandlung - Steuer / Regelalgorithmen - Parameter - Informationsauswahl, - Meldungshandhabung, - Darstellungart, - Prozessbilder - Informationsauswahl

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DHBW Mannheim Automatisierungssysteme Mensch - Maschine - Schnittstellen Erich Kleiner, Juli 2014 1. Begriffe

ASA_HMI.doc 1

Mensch - Maschine - Schnittstelle (englisch: HMI: Human Machine Interface)

Diese Unterlage führt ein in die Aufgaben und Arten der Schnittstellen - Einrichtungen zwischen Mensch und Maschine in Automatisierungssystemen.

Inhalt: Seite:

1 Begriffe 1

2 Meldungsarten 2

3 Prozessbedienung / - Beobachtung (OMS) 3

4 Prozess-Informations-Management (PIMS) 4.1 Anzeigen / Ausdrucke 7 4.2 Real Time Performance Monitoring (RTPM) 8 4.3 Datenspeicherung und -Verdichtung 9

5 Anordnung 10

6 Diagnose 11

7 Engineering 12

1. Begriffe Unter "Kommunikation" versteht man in Automati-sierungssystemen Komponenten zur Information des Menschen über den Zustand des Prozesses und der Leitanlage sowie zum Eingriff in den Pro-zess mit Hilfe der Leitanlage, zusammenfassend bezeichnet als "Mensch - Maschine - Schnittstelle" Im englischen Sprachraum sagt man: Human - Machine - Interface (HMI). Mit dem Begriff „Kommunikation“ wird heute nur noch der gesamte Signalaustausch zwischen den Komponenten bezeichnet, z.B. über Busse.

Es gibt Schnittstellen zwischen Mensch und Prozess für die Aufgaben: - Bedienen und Beobachten (überwachen) der

Anlage durch den Menschen (OMS = Operating and Monitoring System),

- Auswerten der Prozessdaten für Betriebsführung und Optimierung (IMS = Information Management System oder PIMS = Process Inf. Man. Syst.)

Allgemeine Bezeichnung: „SCADA“ : Supervisory Control And Data Acquisition, = Computersystem zur Sammlung und Analyse / Bewertung von Echtzeit – Prozessdaten mit Anzeigen und Alarmausgaben, meist als „Server / Client-System“

Und es gibt Schnittstellen zw. Mensch u. Leitanlage: - Planen / laden und in Betrieb nehmen der Leit-

anlage einschließlich Konfigurierung und Parame-trierung,

- Instandhalten der Anlage, insbesondere der Leit-anlage, durch Störungsdiagnose und - Behebung.

Bild 1 zeigt die Prozess- nahen Komponenten Signalaufbereitung, -Verarbeitung und -Ausgabe sowie diejenigen Komponenten, die als Schnitt-stellen zum Menschen in der Betriebs- und Unter-nehmensebene dienen. Weil auf allen Ebenen eine übersichtliche und im Bedarfsfall auch detaillierte Darstellung des Pro-zess- bzw. Leitanlagenzustands benötigt wird und dazu große Datenmengen bewältigt werden müs-sen, werden Mensch-Maschine-Schnittstellen bei mittleren und großen Anlagen auf Rechnern reali-siert, heute auf entsprechend ausgerüsteten PCs.

Bild 1: Prozess-nahe Komponenten und Mensch-Maschine-Schnittsellen in Automatisierungssystemen

II

Prozess: Sensoren Aktoren

= Zustandserfassung = Prozesseingriffe

FeldebeneSignal – Aufbereitung,

Signal – Ausgabe:

- n von m (bei Mehrkanaligkeit)

- Prellunter- - Grenzsignal-

drückung, Bildung,

- Leitungs- - Bereichs / Grad.

überwachung überwachung

Eingabe- n von m (bei Mehrkanaligkeit)

- Prellunter- - Grenzsignal-

drückung, Bildung,

- Leitungs- - Bereichs / Grad.

überwachung überwachung

Eingabe

Ausgabe

-Überwach.

Ausgabe

-Überwach. Vor-Ort-

Eingriffe

Vor-Ort-

Eingriffe

ProzessebeneVerarbeitung:

Steuerung / Regelung / Überwachung

Verarbeitung

Steuerung / Regelung / Überwachung

Verarbeitung

Mensch- Maschine

Schnittstelle

Engl.: HMI (Human

Machine Interface)

Schnittstelle Mensch - Prozess: Betrieb / Unternehmen

Betriebsweise / -Daten darstellen, auswerten, Statistik

Disposition, Optimierung

Betriebsweise / -Daten darstellen, auswerten, Statistik

Disposition, Optimierung

Schnittstelle Mensch - Prozess: Prozessebene

Bedienen, Beobachten:

Probleme Zustände Befehle Parameter

melden anzeigen geben einstellen

Bedienen, Beobachten:

Probleme Zustände Befehle Parameter

melden anzeigen geben einstellen

Diagnose

Auswertung

und Anzeige

v. Störungen

Diagnose

Auswertung

und Anzeige

v. Störungen

Von

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Schnst. Mensch - Leitsystem

Engineering / Service

- Grenzwerte

- Signalbehandlung

- Steuer / Regelalgorithmen

- Parameter

- Informationsauswahl,

- Meldungshandhabung,

- Darstellungart,

- Prozessbilder

- Informationsauswahl

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Mensch - Maschine - Schnittstellen Automatisierungssysteme DHBW Mannheim 2. Meldungsarten Erich Kleiner, Aug. 2009

2 ASA_HMI.doc

2. Meldungsarten Bild 2.1 gibt mit einem Steu-erungs - Beispiel aus der Verfahrenstechnik einen Überblick über Meldungs-arten und - Wege. Das Bild zeigt stark verein-facht die Steuerung einer Ölpumpe für einen Haupt-antrieb, der hier nicht dar-gestellt ist. Sie wird über Tasten von Hand ein - und ausgeschaltet, wobei das Einschalten nur erlaubt ist wenn die "Freigabe" durch "Behälterniveau > HOCH" erfüllt ist. Die Steuerung gibt ihre Befehle an die Schaltanlage (Leistungsschütz), die die Pumpe ein / ausschaltet. Über die Messwertaufbe-reitung werden Behälter-niveau und Öldruck erfasst, und es werden Grenzsignale gebildet. Elektronik - und Steuer - Spannung (in der Schaltanlage) werden überwacht. Rechts im Bild sind die verschiedenen Meldungs-arten aufgelistet, links ihre Entstehung dargestellt. Dabei werden unter "Meldungen" Binärsignale ver-standen. Prozessstörungsmeldungen informieren über nicht normale bzw. gefährliche Prozesszustände. Sie werden unterschiedlich gebildet: - direkt aus der Messwertaufbereitung, wenn der

Zustand immer gemeldet werden soll, - unterdrückbar, wenn die Meldung unter be-

stimmten Umständen nicht interessant ist: ("Öldruck zu tief" ist keine Gefahr, wenn der Hauptantrieb aus ist, wird daher dann gesperrt) - verknüpft durch Logik in der Steuerung, wenn sie

nicht direkt existiert (z.B. "Beide Pumpen AUS"). Sinnvoll (aber nur in komfortablen Systemen mög-lich) ist eine Klassifizierung der Prozessmeldungen nach ihrer Wichtigkeit für den Betrieb in zwei oder drei "Prioritäten", damit der Bediener bei Anstehen vieler Meldungen die wichtigsten erkennen kann. Das kann z.B. durch farbige Anzeige bzw. durch zusätzliche Prioritätsziffern im Ausdruck geschehen, möglichst auch zur Ausgabe - Filterung geeignet. In diesem Fall gibt man eine Warnung als "Vor - Alarm", wenn sich eine Störung anbahnt und noch Gegenmaßnahmen möglich sind. Systemstörungsmeldungen sind Informationen über das Fehlverhalten eines Teils der Leiteinricht-ung einschließlich der Schaltanlage. Im Beispiel sind Gerätestörung und Spannungsüberwachung gezeigt. Prozess- und Systemstörungsmeldungen werden zusammenfassend auch „Alarme“ genannt.

Zustandsmeldungen sind Meldungen über den aktuellen Anlagenzustand, z.B. hier dass die Pumpe EIN ist und der Öldruck vorhanden ist. Zur Inform-ation über den Betriebszustand gehören natürlich auch die Werte analoger Messungen, dargestellt als Momentanwerte oder Kurven.

Änderungen von binär gemeldeten Zuständen sind „Ereignisse“, haben oft eine eigene Anzeige(liste). Steuerungsbedingungen sind Zustände, die zum Schalten erfüllt sein müssen (hier: Tank - Niveau), oder die einen automatischen Schutz - Eingriff be-wirken (NSB = Nicht erfüllte Steuerngs - Bed.).

Ganz rechts im Bild ist an Schienen gezeigt, welche Meldungen für welche Anzeige / Auswerteeinricht-ungen verwendet werden. - Der Bedienung stehen praktisch alle Meldungen

zur Verfügung, bei den Systemmeldungen aber nur solche, die eine Betriebsstörung anzeigen.

- Eine besondere Anzeige (/ Ausdruck) ist die Zeitfolge - Meldung, die auflistet, welche Meldung wann kam, und so eine Analyse von Anlagenstörungen ermöglicht. Hier werden alle Prozess - Meldungen (außer den Steuerungs-bedingungen) und den Betrieb beeinflussende Systemstörungsmeldungen erfasst.

- Für das Informations - Management auf höher-en Ebenen (Betrieb, Unternehmen) sind nur Zu-standsmeldungen interessant, natürlich auch die analogen Messwerte.

- Für die Diagnose von Störungen der Leitanlage sind nur Systemstörungsmeldungen wichtig, meist auf speziellen Rechnern ausgewertet. Hier-her gehören Leitanlagen - interne Störungen, die nicht gleich den Betrieb gefährden, z.B. Ausfall eines Kanals einer mehrkanaligen Messung.

Bild 2.1: Meldungsarten und -Wege an einem Steuerungsbeispiel

M

Leiteinrichtung

(hier: Steuerung)

Messwert-

aufbereitung

Schaltanlage

Prozess

Befe

hle

ckm

eld

un

gen

11

„Fre

igab

e“

&

< >

AUS/EIN

R SR S

24V

220V

Beispiel: Meldungsarten: an:

Prozessstörungs - Meldungen

Tank - Niveau < TIEF direkt,

Bed

ien

un

g (

OM

S)

Ze

itfo

lge

-M

eld

un

g

Höhe

re E

ben

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(IM

S)

Dia

gn

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Dia

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< >< >< >

&& Öldruck < MINz.B.: Hauptantrieb AUS(Meldungs - Unterdrückung)z.B.: Hauptantrieb AUS

(Meldungs - Unterdrückung)unterdrückt,

(wenn nicht relevant),Pumpe 1 AUS

Pumpe 2 AUS&& Keine Pumpe EIN verknüpft

Systemstörungs -

Meldungen

Gerätestörung (von Elektronik)

Syste

mstö

run

gen Elektronik-Spann. FEHLT (von Steuerung)

Steuerspannung FEHLT (von Schaltanl.)

ZustandsmeldungenPumpe EIN (von Schaltanl.)

Öldruck > TIEF (Vom Prozess)

SteuerungsbedingungenTank - Niveau > HOCH (Freigaben)

„A

larm

e“

„A

larm

e“

„E

reig

nis

se

“„E

reig

nis

se

„Sammelmeldungen“

in allen Bildern

„Sammelmeldungen“

in allen Bildern

Detailliert in „Alarmliste“, Meldefolge

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DHBW Mannheim Automatisierungssysteme Mensch - Maschine - Schnittstellen Erich Kleiner, September 2003 3. Prozess - Bedienung

ASA_HMI.doc 3

Grenzsignale für Meldungen werden meist mit fest-en Grenzwerten aus analogen Messungen erzeugt. Um für alle Betriebsarten des Prozesses zu gelten müssen diese entsprechend hoch / tief eingestellt sein, und die Meldungen kommen später als es sinnvoll wäre. Besser sind veränderliche Grenzwerte, die von Rechenschaltungen aus Prozesswerten gebildet werden oder aus einem mathematischen Modell des Prozesses abgeleitet werden. Man spricht hier von "dynamischen" Grenzwerten und von einem "Prozess - Beobachter". Ein sehr einfaches Beispiel zeigt Bild 2.2 mit einem Speisewassertank, dessen Mindest - Wasserstand umso größer sein soll, je höher die Leistung des zugehörigen Dampferzeugers ist.

3 Prozess - Bedienung und -Beobachtung Für Bedienung / Beobacht-ung des Prozesses sind Einrichtungen erforderlich, die den Bediener schnell und genau über den Zu-stand der Anlage und eventuell sich anbahnende Betriebsstörungen / Ge-fahren informieren. Dies erfolgt heute meist über Bildschirm (Bild 3.1) anstelle früherer Leucht-melder, Anzeige - Geräte und Mosaikschaltbilder. Durch Bus - Verbindung zwischen Messwertaufbe-reitung / Steuerung / Regelung und Kommuni-kationseinrichtung sind mehr und besser aufbe-reitete Informationen ver-fügbar, müssen aber auch so dargestellt werden, dass der Bediener sie schnell erfassen kann. Bedien- und Beobachtungssoftware läuft heute auf handelsüblichen Standard - PCs, SW gibt es auf dem Markt (z.B. von Intellution) oder wird vom PLS - Hersteller entwickelt. Allgemein gilt: Die Anlage wird am Bildschirm in "Fließbildern" ab-gebildet, die den Medienfluss mit Leitungen und Ap-paraten darstellen. Bild 3.2 zeigt ein Beispiel. Die aktuellen Messwerte und Zustände werden durch Darstellungsobjekte angezeigt, die aus einem Objekttyp der Objektbibliothek und den Anwendungs - spezifischen Daten bestehen. In Bild 3.1 ist ein Darstellungsobjekt - Typ "Kurve" in Farbe gelb zugeordnet der Messung "1P13". Über eine solche Kennzeichnung fragt der Kommunikations - PC aktuelle Daten in Messung / Steuerung / Regelung ab und präsentiert sie. Über mehr oder weniger kurze Zeit werden im Kommunikations - PC auch Wert gespeichert, so dass Kurvenanzeigen auch aus der Vergangenheit möglich sind (Lange Zeiträume: siehe "IMS").

Bild 2.2: Dynamische Grenzwerte (Beispiel) Zur Anzeige von Werten und Zuständen dienen: - für aktuelle binäre Werte: Texte / Flächen die erscheinen oder verschwinden, - für aktuelle analoge Werte: Ziffern, Balken ggf. mit Grenzwertmarken (Bild 3.1), X/Y - Diagramm (z.B.

Arbeitspunkte), wobei Über / Unterschreitung von Grenzwerten durch Farbumschlag angezeigt werden kann,

- für Werte über Zeit: Trends (Kurven), X/Y - Diagramme mit "Schweif"

- für Zustände: versch. Symbole mit Farbumschlag.

S*K

E1K

0 .

. 1 m L

=

Dampferzeuger - Leistung:

0 .. 200 MW = 0 .. 100%

#

=

0 .. 1 m

= 0..100%

0,2

0 .. 20%S

E1E210%

S

E1E220%

GW

E <GW

GW

E <GW

Warnung:

< 0,3 .. 0,5m

Gefahr::

< 0,1 .. 0,3m

Controller - Programm

10..30%

68,5 bar

Messwerte (Prozess) Zustände von

momentan / mit Vergangenheit Aktoren

100

bar

0

Digitalanzeige,

Balkenanzeige

mit Grenzwertmarken

100

bar

0W X Y

Balkenanzeigen - Satz

als Werte - Vergleich,

z.B. Regler:

Soll,- Istwert, Stellgröße

Kurve,

- 10 -5 0 s

EIN Text,

Farbige Symbole, z.B.:

Pumpe LÄUFT / STEHT

Ventil OFFEN / ZU /

Zwischenstellung

Darstellungsobjekt

Typ, Koordinaten

Farbe, in Bild ...,

Identifikation Größe

(Zuordnung zu Signalen)

Werte

Kurve

gelb

1P13

Objektbibliothek

Kurve

Messung / Steuerung / Regelung

durch Parametrierung durch „Zeichnen“

Abfrage / Antwort

Standard - PC - Software

(z.B. „FIX“ von Intelution)

oder

Produkt - spezifische SW

Bedienungs -

Bildschirm

Kommunikation:

Bedienung

Kurven (1 - 6 Signale)

(begrenzte Vergangenheit)

Bild 3.1: Anzeige von Prozesszuständen per Bildschirm

Bild 3.2: Fließbild- Beispiel

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Mensch - Maschine - Schnittstellen Automatisierungssysteme DHBW Mannheim 3. Prozessbedienung Erich Kleiner, Juni 2007

4 ASA_HMI.doc

Für Farben und Darstellungen gibt es Normen, die auf Grundlage ergonomischer Erkenntnisse erstellt wurden - aber oft nicht eingehalten werden. So sind z.B. in der DIN 19 235 die "Alarm - Farben" rot und gelb bei Symbolen und Werten für Gefahrmeldung und Warnung reserviert, grün und weiß für Zustände, während die Darstellung des Prozesses (Rohrleitungen usw.) in weniger auffallenden "Pastell" - Farben gehalten sein sollen. Im Einzelnen gilt nach DIN 19 235 für Farben: rot: „Gefahr" = Priorität 1 (orange: „Warnung“ = Priorität 2) gelb: „Vorsicht" = Priorität 3 (bzw.2 ohne or.) grün: „Sicherheit", auch "EIN" / "AUF" * weiß: allg. Information, auch "AUS" / "ZU" * blau: spezielle Information (*: in der Kraftwerkstechnik) Ebenso ist eine Hierarchie von Bildern sinnvoll. Hauptsächlich sollte der Bediener mit Übersichts-bildern mit nur den wichtigsten Informationen arbeit- en, bei Bedarf aber leicht in untergeordnete Bilder mit Details springen können, z.B. durch anklicken entsprechender Bezeichnungen oder Symbole, und wieder sehr einfach auf die Übersichtsebene zurückkehren können (Bild 3.3)

Meldungen werden dargestellt (Bild 3.4): - einzeln in Meldelisten (als kleines Zusatzfenster

oder als Bildschirmseite oder Ausdruck), - zusätzlich als Sammelmeldung im unveränderlich-

en Bildkopf, evtl. mit verschiedenen Symbolen für verschiedene Meldungsarten / Prioritäten. Gute Systeme erlauben durch einfaches Anklicken einen Sprung zur Meldeliste oder / und in ein Detail - Fließbild des Systems, aus dem die Meldung kommt und daher erklärt ist.

Auch die Binärwerte der Meldungen werden über ein in der Anlage eindeutiges Signal - Kennzeichen aus dem für die Anzeige zuständigen Server abgerufen.

Es wird zwischen „Alarmen“ und „Ereignissen“ unter-schieden:

Alarme sind Störungsmeldungen aus dem Prozess oder der Leitanlage. Durch Anklicken eines Quittierbefehls kann der Bediener eingetroffene Alarme zur Kenntnis nehmen, "quittieren", um danach neu eintreffende Alarme erkennen zu können. Bild 3.5 zeigt das "1 - Frequenz - Blinkverfahren", bei dem eine Quittiermarke in der Zeile eines kommenden Alarms blinkt. Bei Quittierung geht die Marke in Dauerlicht über (oder verschwindet), bei Wegfall ("gehen") des Alarms verschwindet die Marke (und meist die ganze Meldezeile). Geht der Alarm vor Quittierung, so verschwindet sie. Manchmal wird Kommen und Gehen angezeigt, und manchmal verschwindet ein Alarm erst durch einen Löschbefehl. Das Kommen eines Alarms wird außerdem oft mit einem akustischen Signal angezeigt.

„Ereignisse“ sind sich ändernde Zustände, wenn die Änderung keine Gefahr oder Störung darstellt. Sie werden oft in getrennten Anzeigen (Listen) ohne Quittierung zeitfolgerichtig angezeigt.

Bild 3.4: Darstellung von Meldungen

Meldung:

kommt

geht

wird quittiert

Anzeige:

Marke blinkt: dauernd ein:

aus:

Bild 3.5: Quittierung

Bild 3.3: Bildhierarchie: Übersichts- und Detailbild, Gruppen- und Objektbild

Sammelmeldung

Alarme

* 1 L1 L SCHM OEL < TIEF

* 2 P5 dP FILTER >HOCH

D3 OEL PPE AUS

Alarmliste

Bezeichnung Zustand

Kennung

Priorität (wenn möglich)

Quittiermarke -> Quittierung per Maus

>1

Meld. kommt: * blinkt

Quittierung: * verschwindet

Meld. geht: Text ver-

schwindet

Sammelmeldung

Alarme

* 1 L1 L SCHM OEL < TIEF

* 2 P5 dP FILTER >HOCH

D3 OEL PPE AUS

Alarmliste

Bezeichnung Zustand

Kennung

Priorität (wenn möglich)

Quittiermarke -> Quittierung per Maus

>1

Meld. kommt: * blinkt

Quittierung: * verschwindet

Meld. geht: Text ver-

schwindet

Kommunikation:

Meldungen

Messung / Steuerung / Regelung

MeldungenQuittier-

Logik

Aktualisierung

Über-

tragungs-

SW + HW

Kommunikation:

Meldungen

Messung / Steuerung / Regelung

MeldungenQuittier-

Logik

Aktualisierung

Über-

tragungs-

SW + HW

Tele -

Alarmierung

Tele -

Alarmierung

Z.B. InternetZ.B. Internet

Übersichts-

Bild

Übersichts-

Bild

PnP

nDetail-

Bild

PnP

nDetail-

Bild

Objekt-

BildZustand:

OFFEN

Störungen:

Schaltanlage

Elektronikspannung

Drehmo

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Drehmo

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fikb

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tanda

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Druck Ppe Ventil

EIN OffenGruppen-

Bild

HPpe

EIN

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DHBW Mannheim Automatisierungssysteme Mensch - Maschine - Schnittstellen Erich Kleiner, August 2007 3. Prozess - Bedienung

ASA_HMI.doc 5

Zur besseren Erkennbarkeit von wirk-lich wichtigen Gefahrenzuständen wird z.Zt. [3] an neuen Darstellungs-methoden gearbeitet, z.B. an einem 3D- Prozessinformations- Display. Anlaß: Bei einer Häufung von Meldungen, wie sie im Falle einer Störung auftritt, kommt das Bedienungspersonal an die Grenze seiner Erkennungsmög-lichkeiten („kognitive Fähigkeiten“). Die Folge sind oft Fehlbedienungen und dadurch Ausfälle oder Schäden. Ansatz:

Die Prozessvisualisierung den menta-len und kognitiven Fähigkeiten des Menschen anpassen. Ein Weg: Dreidimensionale, abstrakte Darstel-lung von Fehlerzuständen, getrennt von den sonstigen Bildern, die viele Details enthalten. Bild 3.6 zeigt ein Beispiel. Es enthält ein grünes Koordinatensystem (0..100% in 10er- Schritten), das auf der Abszisse die Abweichung von Istwerten gegen den Sollwert und auf der Ordinate die Mittelwerte der Istwerte zeigt. Die dargestellten Größen erscheinen als Ringe, deren Farben zu ihrer Unterscheidung dienen. Per Mausklick kann die Bezeichnung aufgerufen werden. Je nach Größe der Abweichung wird der Ring vergrößert, kommt also in den Vordergrund, den ein rotes Gitter darstellt. Die Innenfläche ändert dabei ihre Farbe von transparent nach signalrot. Ein Pfeil zeigt die Änderungs-richtung, die über verschiedene Interpolationsalgo-rithmen berechnet wird.

Bild 3.7 zeigt eine dem Windows- Explorer nachempfundene Kombination: links das 3D-Display, und rechts das zugehörige Prozessbild.

Ring-Farbe:

Meldungs-

Unterschei-

dung

Innenfarbe:

transparent

bis rot:

Dringlichkeit

Vorlauf-

Temp.

Meldungs-

Bezeichnung

auf Anklicken

Trend-

Darstellung

Vergrößerung

= Vordergrund

= dringend

Abweichung vom Soll

Mitte

lwert

Bild 3.6: 3D-PID (Prozess- Informations- Display)

Bild 3.7: Kombination 3D- Display und Prozessfließbild.

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Mensch - Maschine - Schnittstellen Automatisierungssysteme DHBW Mannheim 3. Prozessbedienung Erich Kleiner, September 2003

6 ASA_HMI.doc

Zur Vermeidung von Überforderungen des Bedien-personals ist ein „Alarmmanagement“ sinnvoll, in manchen Anwendungen bzw. Ländern sogar vorge-schrieben. Untersuchungen von größeren Störfällen in verschiedenen Anlagen haben gezeigt, dass eine auf die Bediener hereingebrochene zu große Meldeflut mit dazu beigetragen hat, dass falsche Schlüsse gezogen wurden und dadurch die Folgen verschlimmert wurden. Rechts sind die aktuelle Situation, wie sie sich in vielen Anlagen darstellt, sowie deren Folgen angegeben. Darunter sind die wichtigsten Forderungen des Dokuments EEMUA 191 aufge-listet. Dieses Papier ist ein De-facto-Standard. Bild 3.8 zeigt ein Benchmarking von Alarmmanage-ment- Kennwerten, erstmals vorgeschlagen von Campbell Brown, British Petroleum. Manche heutige Prozessleitsysteme verfügen über Tools zur Unterstützung eines Alarmmanagements, z.B. das PGIM (Power Generation Information Management) im ABB- System 800. In jedem Fall ist es notwendig, für eine Anlage ein in sich konsistentes, anlagenweites Alarmkonzept zu erarbeiten, das die Alarmkonfigurationsregeln wie Priorisierung usw. festlegt.

Zumindest für die jüngste Vergangenheit (z.B. die letzten 30 Minuten) ist für die Prozessbedienung eine Kurvenanzeige von Analogwerten hilfreich (Bild 3.9).

Messstellen-

Beschreibung

Start-Zeitpunkt

Anzeige - Zeitspanne

„jetzt“

alle 5 s

über 1 Tag

alle 30 s

über 7 Tage

alle 2 s

über 30 Min.

Auswahl des

Datenspeichers,

z.B.:

Speicherzuordnung

gemäß

Konfigurierung

Im Speicher vorhandene Daten

Von Messwertaufbereitung, Steuerung, Regelung

Werte unter

dem Lineal

Ablese -

Lineal

(mit Zeit-

Angabe),

bleibt auf

Zeitpunkt

stehen

Bild 3.9: Kurvenanzeige

Aktuelle Situation in der Praxis:

Bildschirme ständig mit Alarmen gefüllt,

- häufige Alarme im Normalbetrieb,

- noch mehr bei Störungen

Alarme bleiben lange stehen (Tage, Wochen)

Folgen:

Alarme werden „blind“ quittiert

- Ursachen werden nicht wahrgenommen,

- Gefahr von Fehlhandlungen!

Akustische Alarme werden deaktiviert (Lärmbelastung)

- neue Alarme fallen nicht auf

De-facto-Standard: EEMUA 191(Engineering Equipment and Materials Users Association)

Unnötige Alarme vermeiden:

- Tuning von Regelkreisen (weniger Abweichungen)

- Grenzwerte überprüfen (evtl. zu eng?)

- Defekte Sensoren austauschen

- Prüfen, ob „Ereignis“- Meldung statt Alarm reicht

Alarmraten messen, Alarme prüfen:

- Normalbetrieb: max. 1 Alarm pro 10 Minuten

- Störung: max. 10 Alarme in ersten 10 Minuten

- Langzeitalarme: max. 10

- Prioritätsverteilung: hoch: 5%, mittel: 15%, niedrig: 80%

Folgealarme ausblenden (Tool bei ABB 800xA)

- Vermeidung von irritierender Meldungsflut

Du

rch

schn

ittl.

Ala

rme

pro

Stu

nde 10.000

1.000

100

10

1

1 10 100 1.000 10.000 100.000

überladen

Maximale Alarme pro Stunde

Benchmarking von Alarm- Management- Kennwerten (Campbell-Brown)

stabilrobust

gut, erreichbar

erstrebenswert

–nicht immer möglich

Normalbetrieb: gut,

Störungen: problematisch

r

schwer

handhabbarZu wenig getan zur

Alarm- Reduzierung

zu viele Alarme,

Bei Störungen noch

wesentlich schlechter

Alarme unter Kontrolle,

beste mit heutiger Technik

erreichbare Lösung

Bild 3.8: Alarm-Management-Kennwerte

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DHBW Mannheim Automatisierungssysteme Mensch - Maschine - Schnittstellen Erich Kleiner, Juni 2007 3. Prozess - Bedienung

ASA_HMI.doc 7

Eine Kurvenanzeige kann meist 1 bis 6 Signale in unterschiedlichen Farben darstellen, die darunter oder daneben mit Kennung, Bezeichnung und Messbereich erläutert sind. Üblich ist eine Auflösung von 1 oder 2 s, und es sollten einige Möglichkeiten zur Anpassung der Darstellung an aktuelle Fragen vorhanden sein: - Wahl des Startzeitpunktes, d.h. Ende des sicht-

baren Fensters (rechts) auf "jetzt" oder Anfang (links) auf wählbarem Zeitpunkt. Ist die aktuelle Zeit gewählt, so wandern die Werte von rechts nach links durch das Bild.

- Wahl der dargestellten Zeitspanne (Breite des sichtbaren Fensters) und damit der Auflösung (zwischen Darstellung jedes gespeicherten Wertes bis z.B. zur Gesamtzeit der Speicherung),

- vertikales Ableselineal, bleibt auf wählbarem Zeitpunkt, Auflistung der Werte unter dem Lineal, um den Vergleich zwischen ihnen zu einem bestimmten Zeitpunkt zu ermöglichen,

- Ausblenden oder / und Herausholen einzelner Signale,

- "Füllen" der Fläche unter einer Kurve, auch für mehrere gleichzeitig (leichterer Vergleich),

- Wahl des Speichers (siehe auch IMS). Die Werte können meist wahlweise aus Speichern mit verschiedenen zeitlichen Auflösungen abgerufen werden, wobei die feinste Auflösung aktuelle Werte enthält (z.B. alle 2s) und die gröberen Auflösungen (z.B. 30 s) Mittelwerte aus den aktuellen Werten enthalten. So könne sowohl Details als auch Über-sichten dargestellt werden.

Bild 3.10 zeigt ein echtes Beispiel (ABB). Die Bedienung kann z.B. so erfolgen wie in Bild 3.11 dargestellt: Ein zu bedienendes Objekt, hier ein Ventil, wird an-geklickt und die Anwahl durch einen Rahmen, den "Anwahl - Cursor", markiert. Dadurch erscheint am Bildschirm ein "Face Plate", ein kleines Fenster als Bedienfeld, oder Bedienfelder im Fußfeld des Bildschirms. Nun können per Mausklick Befehle an das Ventil gegeben werden, z.B. "ZU", "AUF", STOPP". Die "Face Plate" - Methode hat den Vorteil, dass dann meist mehrere Bedienfelder zur gleichen Zeit auf-gerufen werden können, so dass eine quasi - parallele Bedienung möglich ist (wie früher auf einem großen Bedien - Pult). Auch hier wird das zu bedienende Objekt beim Zeichnen des Bildschirmbildes durch eine Kennung identifiziert, die dann sowohl Befehlsgabe als auch aktuelle Zustands - Anzeige ermöglicht.

Darstellungsobjekt

Typ, Koordinaten

in Bild ...

Identifikation

(Zuordnung zu Signalen)

Werte

Ventil

1S01

Objektbibliothek

Ventil

Messung / Steuerung / Regelung

Kommunikation:

Bedienung

durch Parametrierung durch „Zeichnen“

Abfrage / Antwort

Bedienungs -

Bildschirm

Anwahl - Cursor

(Ventil ist angewählt,

= Befehle an Ventil)

Maus - Cursor zur

Befehlsgabe durch

Anklicken der Tasten

Vent hi Ppe

“Face Plate“ (Beispiel)

mit Objekt - Bezeichnung

und Befehlstasten - Feldern

(ZU/AUF/STOPP/Quittieren)

oder

Bedien-Felder in Fußleiste

Standard - PC - Software

(z.B. „FIX“ von Intelution)

oder

Produkt - spezifische SW

ZU AUF STOP

IST ZU OFFEN

Bild 3.11: Prozessbedienung am Bildschirm

Bild 3.10: Beispiel eines Kurvenbildes (ABB)

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Mensch - Maschine - Schnittstellen Automatisierungssysteme DHBW Mannheim 4. Informations - Management Erich Kleiner, September 2003

8 ASA_HMI.doc

4 (Prozess-) Informations - Management System (P)IMS 4.1 Anzeigen / Ausdrucke Informations - Management (Bild 4.1) bedeutet: - Auswertung aktueller

Daten zur übersichtlichen Darstellung des Prozess - Zustands, z.B. Summen,

- Aufsummieren / zählen und Verdichten von Daten zur Betriebsbilanzierung und Wartungssteuerung,

- Langzeiterfassung und Archivierung von Daten mit der Möglichkeit variabler späterer Auswertung,

- Übermittlung von Daten an Standard - PCs zur Aus-wertung mit Hilfe von Standard - Office - SW.

Hierzu werden meist eigene Rechner mit viel Spei-cherplatz verwendet, die per Bus an die Leiteinrichtung angekoppelt sind. Die wichtigsten üblichen Anzeigen / Ausdrucke aus dem IMS - Bereich sind:

Ereignis- (Meldefolge-) Protokoll: listet Störungs - und Zustandsmeldungen zeit-folgerichtig auf um Störungen analysieren zu können. Dazu enthält es mindestens - Datum und Zeit des Auftretens, - Identifikation des Signals durch Bezeichnung und

/ oder Anlagenkennzeichen, - Zustand, der die Meldung ausgelöst hat. Ggf. kann auch eine Prioritätsangabe (Farbe) und eine Markierung über Quittierbarkeit bzw. neu aufge-tretene Meldungen enthalten sein. Die Zeit sollte auf ca. 10 ms genau das Auftreten einer Zustandsänderung angeben. Bei Bus - Über-tragung ist diese Auflösung bei Zeiterfassung im IMS - Rechner normalerweise nicht möglich. Daher muss bereits die Messwertaufbereitung die Zeit er-fassen und als "Zeitstempel" mitliefern, wozu alle Geräte synchronisiert werden müssen. Zumindest die Meldefolge - Anzeige sollte auch dem Bediener als Hilfsmittel zur Verfügung stehen.

Das Störfall - Protokoll ist eine besondere An-wendung der Meldefolge. Hier werden (ggf. aus-gewählte) Meldungen der jeweils letzten z.B. 30 Minuten in einem Umlaufpuffer gespeichert. Bei Auftreten einer für einen Störfall definierten Meldung wird 15 Minuten weiter gespeichert und dann eine Kopie erstellt, in der nun je 15 Minuten vor und nach dem Störfall festgehalten sind.

Momentanwerte - Protokolle: listen auf Abfrage vorbestimmte Auswahlen von aktuellen Werten auf, z.B. Kennwerte zur Schichtübergabe (analoge Messwerte und binäre Zustände).

Betriebsprotokolle: bilden für ausgewählte Grupp-en von Messungen zunächst Stunden- Mittelwerte, die dann pro Schicht oder Tag zur Verfügung stehen, mit zusätzlichen Mittel-, Maximal- und Minimalwerten pro Schicht bzw. Tag. Hieraus können dann Wochen, Monats - und Jahres-protokolle (mit Tages / Monats - Mittelwerten) erstellt werden. Für Messungen pro Zeiteinheit (z.B. m³/s) kann auch die Gesamtmenge z.B. pro Tag berechnet und dargestellt werden. Wartungsprotokoll: listet für ausgewählte Aggregategruppen summiert die Betriebsstunden und gezählte Schaltspiele (EIN und AUS), möglichst mit Anzeige der Maximalwerte, bei deren Erreichen die nächste Wartung fällig ist, sowie mit Markierung von Überschreitungen als Hilfe zur rechtzeitigen Wartung. Selten gibt es den zusätzlichen Komfort von Möglichkeiten zur Protokollierung der Wartung (Datum, Zustand des Objekts) oder einen Link auf entsprechende Daten, sowie die "doppelte" Zählung für Wartungsintervall und Gesamt - Lebensdauer. Im Bild nicht dargestellt - weil nur in komfortablen Einrichtungen vorhanden - sind: Analogwerte - Protokolle aus speziellen Langzeit-speichern zur Analyse zurück liegender Betriebs-zeiten als Listen mit Zeiten und Werten, sowie Kurvenanzeigen aus Langzeitspeichern zur übersichtlichen Darstellung zurück liegender Be-triebszeiten mit allen Kurven - Handhabungs - funktionen (siehe 3.).

* 21.01.02 18:32:10 Öl-Niveau <MIN

* 21.01.02 18:32:12 Ppe 1 AUS

Meldefolge (zeitfolgerichtige Meldungen)

„neu“, Datum, Zeit Bezeichnung, Zustand

Messung / Steuerung / Regelung

Störungen Zustands - Werte und - Meldungen

Meldungen mit

Zeitstempel

Produkt - spezifische

PC - SoftwareProzess -

Werte

Geplante Auswahl

1 Öldruck 3 F Pumpe 1

2 Öl-Niveau 4 F Pumpe 2

1 2 3 4

06:00 11,3 23,1 36,7 0,0

07:00 11,1 22,8 35,9 0,0

11,2 23,0 36,3 0,0

Kopf: Bezeichnung

der Signale

Mittelwerte pro Stunde und

Mittelwerte pro Berichtszeitraum

(+ Maximum / Minimum)

Zählung:

Betriebsstunden,

Schaltzyklen

Betriebsprotokokolle (pro Schicht, Tag, Woche, Monat, Jahr)

Wartungsprotokoll

Betriebsstunden, Schaltzyklen

Betr.Std. Schaltspiele

Pumpe 1 623 75

Pumpe 2 110 11

Momentanwerte

(analog und binär)

z.B. zum Schichtbeginn

21.01.02 06:00

Öl-Niveau 11,2

Ppe 1 EIN

Störfall - Protokoll

(Meldungen vor und nach Störung)

21.01.02 18:32:10 Öl-Niveau <MIN

* 21.01.02 18:32:12 Ppe 1 AUS

21.01.02 18:32:12 Ppe 2 EIN

Berech-

nungKommunikation:

„Information

Management“

quittier-

bar

Bild 4.1: Informations - Management (IMS)

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DHBW Mannheim Automatisierungssysteme Mensch - Maschine - Schnittstellen Erich Kleiner, September 2003 4. Informations - Management

ASA_HMI.doc 9

4.2 RTPM Real Time (Process Equipment) Performance Monitoring [1] Informationen aus dem laufenden Pro-zessgeschehen wer-den zunehmend auch zur Anlagenoptimie-rung herangezogen. Bild 4.2.1 zeigt ausge-wählte Anwendungen: Die Alarmanalyse dient der Reduzierung der Meldungsflut. Sie untersucht die Häufig-keit von auftretenden Alarmen pro Tag und pro Messstelle. Für besonders häufig auf-tretende Alarme kann dann geprüft werden, ob durch ändern der Grenzwerte oder der Umstellung auf dyna-misch erzeugte (dem Prozesszustand an-gepasste) Grenz-werte bzw. durch Änderung der Hysterese oder eine Aus-löseverzögerung der Alarme Abhilfe geschaffen werden kann. Viele Alarme müssen in bestimmten Betriebszuständen auch ganz unterdrückt werden, da sie dann keinen Sinn ergeben. Die Analyse der Bedienereingriffe dient der Ver-besserung der Regelgüte. Wenn häufig auf HAND umgeschaltet wird um Störungen bzw. Ab-weichungen auszuregeln oder wenn der Bediener häufig korrigierend Höher / Tiefer – Befehle gibt ist die Regelgüte nicht zufrieden stellend. Hier könne Fehler in Messung oder Stellglied vorliegen, oder Charakteristik bzw. Parameter des Reglers müssen an die Anforderungen angepasst werden. Die Reglerperformance – Analyse (auch CLP = Control Loop Performance) untersucht das Verhalten von Reglern. Auch wenn Regler in Alarm- und Bedienungs – „Hitlisten“ nicht auftauchen können Optimierungen sinnvoll sein, um - Prozessschwankungen zu reduzieren, - die Produktqualität mit geringem Aufwand zu

erhöhen, - Probleme mit dem Betrieb der Anlage bis hin zu

Stillstandszeiten zu reduzieren, und - Instandhaltungskosten zu verringern. Hier gibt es verschiedene Standardmethoden, mit denen geprüft werden kann, ob eine Regelabweichung akzeptabel ist.

Im Bild 4.2.1 wird vereinfacht gezeigt, dass dazu z.B. die aktuelle Standardabweichung σx der Regelgröße mit den vom Prozess geforderten Grenzwerten der Regelgröße verglichen wird. Die Stellvorrichtungs–Lebensdauerabschätzung dient der rechtzeitigen aber auch nicht zu frühen Wartung, um Kosten für die Wartungsarbeiten und für Austauschteile zu reduzieren. Dazu werden Betriebszeiten und Schaltzyklen erfasst, aber auch Belastungen - der Motoren durch Überlast, Temperaturverläufe, - der Ventile, Pumpen, Gebläse durch die Prozess-

medien, z.B. Beschädigung der Oberfläche durch Blasenimplosionen bei hohen Strömungsge-schwindigkeiten.

Die notwendige Erfassung der entsprechenden Größen bedeutet Aufwand, der sich jedoch bei Be-rücksichtigung der Einsparungen rechnet. In-zwischen gibt es integrierte Module. „Anlagen – nahe“ Schalteinrichtungen besitzen diese Messungen bereits, „Integrierte“ Antriebe erfassen die Daten immer und führen Analysen schon teilweise selbst durch. Für spezielle Auswerterechner gibt es geeignete Modelle zur Verschleiß - Bestimmung für Aktoren, z.B. das Arrhenius – Modell für die Alterung der Wicklungstemperaturen von Motoren.

Alarm-Analyse

Bedienereingriffs-Analyse

→ Reduzierung

der Meldungsflut

-Häufigkeit von Alarmen

pro Tag,

pro Messstelle,

-Alarmfolgen

Auft

rete

n

Alarmsignale

Zie

l:a

na

lys

iere

n:

Maß

nah

men

:

Reglerperformance-AnalyseCLP = Control Loop Perf.

Stellvorrichtungs-Lebensdauerabschätzung

→ Verbesserung der

Regelgüte

Häufigkeit von

Bedienereingriffen

(+/- Bef., H/A-Umschalt.)

- Grenzwertanpassung,

dynamische Erzeug.,

- Hystereseanpassung,

- Unterdrückung

Gw

Hy

T T

- Alarmverzögerung

X / W

< / >

Po

sitio

n

>1 >1

< / >

hlu

ng

/ Z

eit

- Optimierung der

Charakteristik,

- Beseitigung von

Messungs - und

Stellgliedfehlern

Endlagen

→ Reduzierung von

Prozessschwankungen

X / W

Vergleich von

Regelabweichung und

Prozesstoleranzen

(vereinfacht)

W-X

σx

Prozess-

Toleranzen

- Optimierung der

Reglerparameter

→ Reduzierung von

Wartungskosten,

→ Erhöhung der Verfügbarkeit

(keine plötzlichen Ausfälle)

Betriebsstunden,

Starts,

Überlastabschaltg

Prozesszustände

(T, P, F)

Motor - U, I, T)

Modelle

- Vorbeugende Wartung

M

M

Wartungs-

Informat.

Bild 4.2.1: RTPM - Anwendungen

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Mensch - Maschine - Schnittstellen Automatisierungssysteme DHBW Mannheim 4. Informations - Management Erich Kleiner, Oktober 2002

10 ASA_HMI.doc

4.3 Datenspeicherung und - Verdichtung Übertragung und Speicherung vieler Werte in zeitlich hoher Auflösung (z.B. alle 2 s) ist für das Bus - System eine hohe Belastung und bezogen auf den Speicherplatz wegen der groß-en Datenmengen teuer. Man benutzt daher verschiedene Strategien zur Aufwands - Verringerung. Mit einem Übertragungs - Schwellwert kann die Anzahl von Analogwert - Übertragung-en reduziert werden. Da sich nicht alle Signale dauernd ändern, können Übertragungen gespart werden, indem ein neuer Wert nur dann über-tragen wird, wenn das Produkt

aus Wertdifferenz A und Zeit

T einen bestimmten Wert überschreitet, z.B. 0,5 [% s] (Bild 4.3.1 unten). Bei gleichbleibendem Wert ist das Produkt 0 und diese Werte des Signals werden nicht übertragen, ggf. nur nach Maximalzeiten aktualisiert. Die Speicherung nach dem Differenz- Verfahren beruht auf dem gleichen Prinzip (Bild 4.3.1 Mitte links). Eine neue Speicherung erfolgt nur, wenn sich der neue Wert vom zuletzt gespeicherten unter-scheidet. Hier muss zwar zu jedem Wert die Zeit mit abgespeichert werden, der Speicherplatzbedarf ist aber trotzdem wesentlich geringer als bei einer Speicherung nach festen Zeitintervallen. Für diese Abspeicherung wird mehr Rechenleistung benötigt, und ebenso für die spätere Verwendung der so gespeicherten Daten in einer Kurvendarstellung oder einem Analogwerteprotokoll, da für die nicht gespeicherten Zeitpunkte Werte eingesetzt werden müssen. Eine zeitlich begrenzte Speicherung in festen Zeit-intervallen als Kurzzeit - Speicherung, z.B. alle 2s nur für die jeweils letzten 30 Minuten, ist eine Methode, um alle Werte dieses Zeitabschnitts für den schnellen Zugriff durch Kurvenanzeigen zur Verfügung zu haben und den Platz zu begrenzen. (Bild 4.3.1 Mitte) Für weiter zurückliegende Zeitabschnitte können parallel zur Kurzzeit - Speicherung Mittelwerte (oder wahlweise Max./Min - Werte) über längere Intervalle gebildet und mit weniger Platzbedarf gespeichert werden, z.B. alle 5s über einen Tag. Die Kurvenanzeige sollte auf die verschiedenen Intervalle umschaltbar sein, da sie sehr unterschiedliche Bilder liefern. In der Anzeige einer großen Zeitspanne aus kurzen Speicher - Intervallen

erscheinen sich schnell ändernde Werte oft als Band statt als Strich. Für eine Langzeit - Archivierung, z.B. über Jahre, ist die Auslagerung der Daten auf Bänder oder opto - magnetische Speichermedien sinnvoll. Hilfreich sind reservierte Speicherbereiche für das Rückladen, um die sonst on-line genutzten Darstellungsmethoden wie die Kurvenanzeige auch zur Archiv - Auswert-ung verwenden zu können. (Bild 4.3.1 rechts). Analyse und Archivierung sind typische IMS - An-wendungen, die praktisch immer außerhalb des Anlagenleitstandes an einem besonderen Rechner in einem Nebenraum oder über Intranet / Internet in den Büros entsprechender Mitarbeiter durchgeführt werden. Für eine schnelle Übersicht über den Betriebsablauf sind Protokoll - Anzeigen / Ausdrucke der einzelnen Analogwerte und auch Kurven nicht geeignet, man verwendet besser die oben beschriebenen Betriebs-protokolle. Bild 4.3.2 zeigt, wie die darin enthaltenen Werte als Verdichtung der Information entstehen.

Bild 4.3.1: Analogdaten - Speicherung

Übertragung:

bei F > A • T (oder T> ..)

Messstelle

1 2 3

22,0% 32% . . .

22,0% . . .

22,0%

22,0%

22,5%

23,0%

23,5%

24,0%

24,0%

Messstelle1

Zeit Wert

08:01:10 22,5%

08:01:12 23,0%

08:01:14 23,5%

08:01:16 24,0%

A

T#

= =#

CPU

=#

Controller

Information Management

Differenzen-

Speicherung

22%24%

2s

Speicherung in

festen Intervallen

alle 2s

über 30 Min.Mittelwert -

Bildung

alle 5s

über 1 Tag

alle 30 s

über 7 Tg.

Kurzzeit-

Speicher

(mittlere

Speicherzeit)

extern

auf Band

oder

opt./magn.

Datenträger

Langzeit-

Speicherung:

Archivierung:

A

t

Schwellen-

Bldung

Mittelwert

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DHBW Mannheim Automatisierungssysteme Mensch - Maschine - Schnittstellen Erich Kleiner, Juli 2012 5. Anordnung

ASA_HMI.doc 11

Grundlage sind die Mittel-werte pro Stunde, die in Tages- und Schichtproto-kollen erscheinen. Zur Be-triebsbeurteilung dienen zusätzlich Mittel-, Maximal- und Minimalwerte aus diesen Zeiträumen. Hieraus wiederum werden Monatsprotokolle und hier-aus Jahresprotokolle er-stellt, ebenfalls jeweils mit Mittel-, Maximal- und Minimalwerten für den jeweiligen Zeitraum.

5 Anordnung Je nach Ort, Häufigkeit und Dauer der Bedienung werden Bedien- und Beobachtungseinrichtungen verschieden angeordnet. Bei kleinen „Kompakt – SPS“ z.B. direkt an einer Werkzeugmaschine werden SPS mit Ein/Ausgaben sowie ein LCD - Bildschirm oder sonstige Anzeige – und Bedieneinrichtungen in einem Gehäuse unter-gebracht (Bild 5.1). Hier ist ein „Touch Screen“ angebracht, d.h. Befehlsgabe durch Berühren des Schirms. Für dauernd besetzte Warten – Arbeitsplätze sind Erkenntnisse der Ergonomie zu berücksichtigen (Zweig der Arbeitswissenschaft: Anpassung der Technik an den Menschen), z.B. wie in Bild 5.2: dargestellt: - entspannte Bedienung durch etwa waagerechte

Unterarmhaltung mit Auflegemöglichkeit (in diesem Sinne sind Touch Screens hier nicht günstig),

- leicht abwärts gerichteter Blick auf den dauernd benutzten Bildschirm,

- Vermeidung von Augen – Überanstrengung durch dunklen Bildhintergrund und Verzicht auf starke Kontraste sowie blinkende Texte (nur kleine Blinkmarken verwenden), ....

Bewährt hat sich eine Aufteilung der Informations-darstellung in Bedienbildschirme und an der Rückwand angeordnete Großbildschirme bzw. Pro-jektionen für Übersichtsdarstellungen, die von mehreren nebeneinander angeordneten Arbeits-plätzen aus eingesehen werden können. Eine weitere Hilfe ist die Verwendung von „Multi Head“ – Bildschirmen: Mehrere Bildschirme / Pro-jektionen sind zusammengefasst, ein großes Bild wird auf sie aufgeteilt. Daneben ist jedoch auch die Aufschaltung einzelner Bilder auf die verschiedenen Bildschirme / Flächen möglich (Bild 5.3). Zur Bedienung kann eine Maus oder Rollkugel in allen Bildern verwendet werden. Diagnose und Bedienung erfolgt meist an eigenen Bildschirmen in einem (Warten -) Nebenraum.

Bild 4.2.2: Daten - Verdichtung für Betriebsprotokolle

alle 2s

über 30 Min.

Mittelwert -

Bildung pro

Stunde

1) Druck ... bar

2) Temp... C

.....

Std 1 2 . . .

07 22,09 17408 23,51 17209 21,24 173... ... ...

14 23,86 172

Mittel 22,12 172

Max 24,48 ...

08:22:14 ...

Min 20,03 ...

10:01:46

Menge:

Schichtprotokoll 02.09.02 6:00

Maximalw.Bildung

Minimalw.Bildung

Tagesprotokoll 02.09.02(entsprechend:

Archivierung und

Langzeit-Speicherung

zur Detail-Analyse

Datenverdichtung zur leichteren Übersicht

Monatsprotokoll 09 02

1) Druck ... Bar

2) Temp... C

...

Tag 1 2

01

02

03

..

30

Mittel

Max

Min

Jahr 02

1)

2)

..

Monat

--

09

..

Bild 5.1: SPS und Kommunikation im gleichen Gehäuse

Wartenarbeitsplatz

Anzeige (Bildschirm) getrennt von

Bedienung (Maus / Rollkugel) und Controller

Detail-

Bilder am

Bildschirm

für:

Bedienung,

Auswertung,

..

Übersichts-

Bilder auf

Großbildschirmen

(oder Projektion)

Bild 5.2: Wartenarbeitsplatz

„Multihead“-Bildschirme:

Bild - Aufteilung auf mehrere Schirme,

Eine Maus übergreifend für alle

Zusammengesetzte Projektionen,

Bild 5.3: Multi Head

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Mensch - Maschine - Schnittstellen Automatisierungssysteme DHBW Mannheim 6. Diagnose Erich Kleiner, Juli 2014

12 ASA_HMI.doc

Bild 5.4 zeigt ein Arbeitsplatzbeispiel mit Bedienbildschirmen auf einem Pult sowie Video- und Übersichtsbildern im Hintergrund. Die Verwendung von mindestens zwei Bedien-bildschirmen erlaubt die gleichzeitige Beobachtung von z.B. aktuell zu bedienendem System sowie der Meldeliste. Den Überblick über die Gesamt – Anlage bieten die Übersichtsbilder im Hintergrund. Typische Anwendung: auf dem linken Bildschirm ist ein Fließbild, auf dem rechten eine Meldeliste aufgeschaltet.

Bild 5.5 zeigt einen Warten – Arbeitsplatz nur mit Großbildprojektionen auf einer gewölbten Wand, so dass mehrere Bediener die gleichen Bilder benutzen können.

Bild 5.6 zeigt das „Stehpult“ von ABB /800xA), Bild 5.7 „Google Glass“: Brille mit Prisma-Bildschirm.

Inzwischen gibt es den Begriff "Use Ware" für Entwicklungen von optimalen Kommunikations-methoden, der wohl auch für die Leittechnik inter-essant werden wird.

6. Diagnose PLS sowie anspruchsvolle SPS enthalten Werkzeuge für die Diagnose von Stör-ungen der Automatisier-ungseinrichtung. Dies sind SW - Pakete, die auf ein-em Standard - PC laufen, der per Bus an die Auto-matisierungseinrichtung gekoppelt ist. Zunehmend kann auch über Internet - Kopplung Hilfe von den Experten beim Hersteller angeford-ert werden, die dann selbst die Diagnosemeldungen abfragen können. Zumindest sollte eine Automatisierungseinricht-ung eine Erfassung mit Anzeige und / oder Aus- druck von System – Störungsmeldungen ent-halten (Bild 6.1 rechts), vergleichbar mit der Melde-folge für die Prozessmeldungen, ggf. per Auswahl aus diesen gewonnen. Sehr hilfreich ist für das Wartungspersonal ein Leitanlagen - Abbild (Bild 6.1 links), von Hand oder besser automatisch durch das Diagnose-werkzeug erstellt, das die Geräte der Automatisier-ungseinrichtung mit Ortsangabe zeigt und in dem aktuelle Störungsmeldungen angezeigt werden. Links von den angezeigten Störungen zu entsprech-enden Auszügen aus dem Wartungshandbuch beschleunigen die Störungsbehebung. Noch besser ist natürlich ein angeschlossenes "Ex-pertensystem", das selbsttätig Verbindungen

zwischen auch mehreren anstehenden Störungs-meldungen und dem Leitanlagenzustand herstellt und sehr gezielte, qualifizierte Hilfe bieten kann. Sinnvoll - aber nur in PLS für höhere Ansprüche realisiert - sind zusätzliche Statistik - Funktionen, z.B. zur Abfrage der tatsächlichen Prozessoraus-lastung eines CPU - Gerätes oder der Kennwerte der Bus - Übertragung am Systembus. Diese Werkzeuge machen das Wartungspersonal nicht überflüssig, ersetzen aber mühsames Suchen und verkürzen dadurch die Fehlerbehebungszeit, was in die Anlagenverfügbarkeit eingeht und durch geringere Produktionsausfallkosten Mehraufwand in der Anschaffung amortisiert.

Darstellungsobjekt

Typ

Objektbibliothek

Eingabe-

Gerät

Messung / Steuerung / Regelung

Kommunikation:

Diagnose

Interne Zustände, Störungen

Diagnose -

Bildschirm

„Anlagen - Abbild“

( = Leiteinrichtung)

EA

01

EA

02

EA

03

EA

04

EA

Schränke, Geräte

Meldungen

Meldungen mit

Zeitstempel

Diagnose -

Bildschirm

„Störungsmeldungen“

Produkt - spezifische

PC - Software,

mehr oder weniger

automatische Funktion

* 21.01.02 18:32:10 Eingabegerät Prozesstörung

* 21.01.02 18:32:12 CPU Neustart

Meldezeilen mit

„neu“-Markierung (*), Datum, Zeit, Bezeichnung, Zustand,

ggf. in Meldungsart - spezifischen Farben („Prioritäten“)

Automatische Über- tragung

oder geplante Sig- nale

Automatisch oder gezeichnet

Anlagen -

Abbild

Standard - Liste

(Produkt - spezifisch)

Hilfe - Fenster

Erläuterungsaufruf pro Meldung

Hilfe -

Handbuch

Bild 5.4 Große Warte

Bild 5.5: Nur Groß- Bildschirme

Bild 6.1: Diagnosewerkzeug

Bild 5.6: „Steh- Pult“ (ABB 800xA)

Bild 5.7 „Google Glass“

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DHBW Mannheim Automatisierungssysteme Mensch - Maschine - Schnittstellen Erich Kleiner, August 2007 6. Diagnose

ASA_HMI.doc 13

Bei der Realisierung von Diagnosehilfsmitteln werden mehrere Strategien eingesetzt. Bild 6.2 zeigt die Geräte- Eigendiagnose bei Feldbus- Eingabegeräten, d.h. Remote IO oder Bus-fähigen Messumformern. Zumindest werden dabei die Erfassungselektronik auf Programmdurch-führung (watch Dog) und ggf. die Datenübermittlung sowie die erzeugten Signale auf Plausibilität überwacht. Darüber hinaus kann über Schwingungs-überwachung (Prozessgeräusche) die mechanische Messanordnung überwacht werden, teilweise unter Zuhilfenahme von gemessenen Hilfsgrößen, die nur der Überwachung dienen. So kann bei einer Differenzdruckmessung eine Verengung in einer Impulsleitung z.B. durch Ablagerungen anhand der Schwingungsübermittlung durch Impulsleitungen und Messanordnung festgestellt werden. Hier sind einige Verfahren in Entwicklung. Bild 6.3 zeigt die übergreifende Diagnose, bei der verschiedene Messungen, deren Werte über Pro-zess- Zusammenhänge miteinander in Beziehung stehen oder zumindest mehrere Kanäle einer Messung ausgewertet werden. Bei verschiedenen Messungen ist dazu eine Art verfahrenstechnisches Model erforderlich, dessen Erstellung meist schwierig ist, wodurch diese Strategie blockiert wird. Werden von jedem Gerät alle festgestellten Fehler an eine zentrale Auswertung übertragen, so ergibt sich eine hohe zusätzliche Belastung des System-busses und die Notwendigkeit einer Verdichtung für die Anzeige an das Personal. Hier wurden von der NAMUR in einer Empfehlung Standard- Störungsklassen für Feldbusgeräte definiert, die durch wenige Bit mit dem Messwert mitgeliefert werden können und direkt eine klassifizierende Meldung erlauben (Tab. 6.1) In Bild 6.3 wird eine zentrale Diagnose unterstellt. Bild 6.4 zeigt eine dezentrale Diagnose, die durch „SW-Agenten“ in Teilsystemen erfolgen könnte: autarke SW-Pakete zur Diagnose pro Teilsystem. Dadurch wird die Systembusbelastung stark reduziert, indem die „Diagnose- Agenten“ eine Vorverarbeitung durchführen und der „Diagnose-manager“ zyklisch die aufbereiteten Informationen abruft. Dadurch wird auch die SW übersichtlicher. Wenn eine Diagnoseeinrichtung sinnvollerweise außer der Sammlung von Elektronikstörungen auch den Prozess überwachen soll ist stets ein verfah-renstechnisches Modell notwendig, das von Experten erstellt werden müsste. Das ist sehr aufwendig und erfolgt nur selten. Derzeit [4] wird daran gearbeitet, lernende Neuronennetze einzusetzen, die in allen Anlagen-Betriebszuständen trainiert werden und ohne von Hand erstelltes Modell spätere Abweichungen vom Soll mit Fuzzy- Methoden feststellen können. Das ist besonders in einer dezentralen Diagnosestruktur (Bild 6.4) sinnvoll. Bild 6.5 zeigt Versuchsergebnisse.

Elektronik Elektronik

+ Messung

Beispiel:

Feldbus-

Geräte Überw.

Erfassung

Prozess,

Z.B. ΔP

Überw.

Erfassung

Prozess,

Z.B. ΔP

Überwachung

Elektronik:

- Watch Dog,

- Plausibilität der elektrischen Signale

Überw.

Erfassung

Überw.

Prozess,

Z.B. ΔP

Überw.

Erfassung

Überw.

Prozess,

Z.B. ΔP

Überwachung

Messung:

- Schwingung,

(Geräusche),

- Interne Hilfsgrößen

-> Modelle nötig!

Bild 6.2: Geräte- Eigendiagnose

System-

Bus

System-

Bus

Diagnose-SWDiagnose-SW

Verschiedene Messungen

über Feldbus- Geräte

Bild 6.3: Übergreifende Diagnose, zentral

Tabelle 6.1: Standard-Störungsklassen nach NAMUR

Zustand: Bedeutung

„C“ Check Funktionskontrolle, Signal ungültig „M“ Maintenance Wartungsbedarf, Signal noch gültig „S“ Specification außerhalb der Spezifikation!

„F“ Fault Ausfall, Signal ungültig

System-

Bus

Diagnose-Manager

Diagn.-

Agent

Diagn.-

Agent

System-

Bus

Diagnose-Manager

Diagn.-

Agent

Diagn.-

Agent

Bild 6.4: Dezentrale Diagnose mit SW-Agenten

Bild 6.5: Daten und Fehler in einem SW-Agenten

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Mensch - Maschine - Schnittstellen Automatisierungssysteme DHBW Mannheim 7. Engineering Erich Kleiner, September 2003

14 ASA_HMI.doc

7 Engineering Darunter werden Planung, Inbetriebnahme und Instand-haltung einer Automatisier-ungseinrichtung verstanden. Gemeinsam ist diesen Tätig-keiten, dass sie das "Pro-gramm" der Speicher - pro-grammierbaren Einrichtung bearbeiten können müssen. Da die Planung aber noch nicht auf aktuelle Prozess-daten zugreift und meist für den Entwurf der Einrichtung spezielle Tools verwendet, unterscheidet man: - "Planungswerkzeug" und - "Servicewerkzeug", beide können aber aus der gleich-en HW und Basis - SW be-stehen, heute auf Standard - PC. Die Norm DIN EN 61131 schreibt Standard - Sprach-en und Programm- organisation vor, so dass es zunehmend Produkt - unabhängige Tools geben wird, was dem Anwender entgegenkommt, damit er nicht für jedes Leitanlagen - Produkt spezielle Tools braucht. Zumindest das Service - Tool für Inbetriebnahme und Wartung ist normalerweise über den Systembus oder direkt über eine RS232 - Schnittstelle mit der CPU verbunden. Im Planungswerkzeug (Bild 7.1 links) wird zu-mindest eine der genormten Sprachen verwendet, mehr dazu im Kapitel "Engineering" und auf der nächsten Seite. Abgesehen von sehr kleinen SPS wird heute hauptsächlich der "Funktionsplan" (FUP) eingesetzt, eine Pseudo - Grafik (weil mit einem Text - Programm darstellbar), die Signaldefinitionen und Verarbeitung enthält. Gespeichert wird ein spe-zieller FUP - Code, aus dem bei Bedarf die Anzeige wieder neu interpretiert wird. Hieraus wird (meist automatisch) ein Basis - Code erstellt, der über ein-en Compiler auch durch ein Listing editiert werden kann, was manchmal für besondere "Tricks" nötig ist. Zum Laden des Gerätes ("Download") erstellt das Planungswerkzeug den Maschinencode für den Prozessor, der in das RAM für das Anwenderpro-gramm geschrieben wird. Zur Sicherung wird eine Kopie in ein EEPROM geschrieben, die bei einem neuen Einschalten der Einrichtung dann in das RAM geholt wird. Zusätzlich kann das Planungswerkzeug noch Daten-banken für die Gesamtplanung enthalten, z.B. Mess-stellendaten, die aber zunehmend auch im späteren Betrieb zur Verfügung stehen sollen für ein "Asset - Management" als Hilfe für Wartung (Techn. Daten) und Betriebsorganisation (z.B. Reserveteile - Handhabung).

Das Servicewerkzeug (Bild 7.1 rechts) hat für das Anwenderprogramm die gleichen Fähigkeiten wie das Planungswerkzeug, besitzt aber zusätzlich "Online - Funktionen". Dazu gehören: - laufend aktualisierte Abfrage von Signalzuständen

aus dem Prozessorgerät und Darstellung im FUP am Bildschirm,

- schnelle Übertragung von Programmänderungen (im FUP am Bildschirm) in das Prozessorgerät, möglichst auf ein Teilprogramm beschränkt, damit die übrigen weiter arbeiten können,

- Möglichkeit der Anzeige und Änderung von Ein-stellwerten wie Grenzwerte und Reglerparameter,

- Möglichkeit der Simulation (en: "Forcing") von Signalzuständen im Prozessorgerät bei gestörten Sensoren oder zu Testzwecken.

Der umgekehrte Weg, das Programm von einem CPU - Gerät wieder in das Servicegerät zu holen ("Upload"), ist meist nicht möglich und sinnvoll, und auch in der Norm nicht vorgeschrieben. Daher müssen die Programme sorgfältig gesichert und verwaltet werden. Bei Verwendung von untergeordneten Bussen für Ein / Ausgabe (z.B. "Remote - I/O, siehe System - Kommunikation) muss dasselbe oder ein spezielles Servicewerkzeug auch mit Geräten an diesem Bus Kontakt haben können. Die hierbei zur Verfügung stehenden Fähigkeiten sind Produkt - abhängig verschieden.

Anwender-

Programm

RAM

save

load*

CPU

Interface-Gerät

(*automatisch bei Start)

Aktuelle Werte RAM

Eingabe Ausgabe

Controller

Betriebsprogr. PROM

- Geräte

Prozessor - Gerät

Masch.Code

Anwender-

Programm

PROM

Masch.Code

Planungswerkzeug (PC): Neuplanung, Änderung Servicewerkzeug (PC): aktuelle Anzeige, Änderung,

Simulation, Parametrierung z.B. per Funktionsplan

1

0&

0

>11 1

E1

E2

E3 A1

FUP&

>1

E1

E2

E3 A1

FUP

z.B. per Funktionsplan (Pseudo-Grafik am Bildschirm)

Inter-

preterFUP Code

über Systembus oder

RS232 (Werkzeug - Controller - Verbindung)

oder andere Programmiersprache

Listing Basis-Code

Übersetzer

Compiler

Masch.Code Download/

Upload“

Generate/

Back translate

FUP Code

Übersetzer

Masch.Code

Inter-

preter

Zuordnung

Wertabfrage

Generate/

Back translate

Teilweise

auto-

matisch:

Basis-Code

akt. Werte

Bild 7.1: Engineering Tools

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Bild 7.2: Engineering - Dateninhalte Bild 7.2 zeigt, aus welchen Daten im Planungs- oder Servicewerkzeug das Anwenderprogramm besteht. Hier unterscheiden sich SPS und PLS meist durch den Datenumfang, der auf ein CPU - Gerät geladen werden kann. Nach DIN EN bzw. IEC 61131 ist das Anwenderpro-gramm in einer der genormten Sprachen zu erstell-en, z.B. als Funktionsplan (FUP). Dieser enthält zu-mindest die Verknüpfungen zwischen Signalen, die durch nach einer Syntax zu wählende symbolische Bezeichnungen identifiziert sind. Hier sind das die ODER und die UND - Funktion, und z.B. das Ein-gangssignal "21P1_H", was bedeuten könnte: "in Anlage 21 Druck P1 HOCH" Der Funktionsplan enthält sinnvollerweise ausge-schrieben Bezeichnung und Zustand, also hier: " P hi Ppe > HOCH" und oft eine anlagenweit eindeutige Kennzeichnung. Bei einer SPS werden diese erweiterten Daten gar nicht gehandhabt oder zumindest nicht in das Pro-zessorgerät geschrieben. Daher ist ein "Upload" nicht in der Lage, wieder einen vollständigen Funkt-ionsplan zu erzeugen und daher nicht sinnvoll. Bei PLS werden diese Daten im FUP verwendet und oft auf das Prozessorgerät geschrieben, so dass "Upload" möglich wäre. Ausserdem können diese Daten dann über Systembus von den Kommunikat-ionseinrichtungen abgerufen werden.

Zusätzlich müssen die Signale als Variable deklar-iert werden, d.h. es muss der Signaltyp (z.B. BOOL für ein binäres Signal) angegeben werden, und es muss ein HW - Eingang auf einem Eingabegerät zugeordnet werden. Laut Norm ist dazu % als spe-zielles Vorzeichen zu verwenden, gefolgt von z.B. "I" für Input, und einer Ordnungsnummer, z.B. 0.0 für Gerät 0, Kanal 0 (zählen mit 0 begonnen). Weiterhin ist die "Systemkonfiguration" zu deklarier-en, d.h. die vorhandenen Geräte müssen angege-ben werden. Meist kann in einem PLS außerdem die Signal - Handhabung konfiguriert werden, also das, was ein-stellbar im Eingabegerät oder diesem zugeordnet in der CPU erfolgt, z.B. Ersatzwert bei Störung, Art der Störungsmeldungen (abhängig vom Sensortyp). Die Mindest - Information (nach Norm) oder die voll-ständige werden in Programmspeicher und Konfigu-rations - Datenbank am Prozessorgerät geschrieb-en.

&

>1AND

ORP hi Ppe >HOCH/21P1_H

Kl V Ppe ZU / 21S1_Z

Kl hi Ppe ZU / 21S2_Z

21D1_F / Freigabe Pp1

21P1_H AT %IX0.0:BOOL

21S1_Z AT %IX0.1:BOOL

21S2_Z AT %IX0.2:BOOL

21D1_F AT %QX0.0:BOOL

CP

U

BE

I_1

6 A

T I0

BA

_1

6 A

T Q

0

IN

T_

2

Anwenderprogrammz.B. als Funktionsplan nach IEC61131, mit Variblendeklaration und Systemkonfiguration

Anlagentechn. Symbolische

Bezeichnung, Bezeichnung

ggf. Zustand

Symbolische HW- Signal-

Bezeichnung Zuordn. Typ

Eingesetzte Geräte

Mindest-Info (typisch für SPS)Verbleibt im

Planungs / Servicewerkzeug

für DokumentationÜbersetzung, “Download“ auf Controller,

(Upload oft nicht sinnvoll / möglich)

Vollständige Information (typisch für PLS) Signal-Handhabung

(Ersatzwerte,

Meldungen, ..)

Übersetzung, “Download“ auf Controller,

ggf. Upload, Rückübersetzung

für Dokumentations - Revision

Planungs- /

Servicewerkzeug

Controller

ProgrammspeicherKonfigurations-

Datenbank

Verknüpfung Funktionsbaustein

(typisch

für PLS)

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Für die Abwicklung einer großen Anlage in Planung und Inbetriebnahme müssen noch eine Reihe weiterer Ge-sichtspunkte berücksichtigt werden. Da hier mehrere Be-arbeiter planen und die Inbe-triebnahme successive er-folgt, oft bereits beginnt wenn die Planung weiterer Teile noch läuft, müssen Bearbeit-ungseinheiten gebildet werd-en (manchmal "Schaltungen" genannt), und es müssen Planung und Montage / Inbe-triebnahme, die meist an verschiedenen Orten durch-geführt werden, Daten aus-tauschen. Daher ist ein Netz-werk von Engineeringrech-nern nötig, das von einem geeigneten übergeordneten Tool gesteuert werden muss. (Bild 7.3) Im Prinzip geht es um folgen-de Aufgaben, die heute so oder ähnlich teilweise oder ganz erfüllt werden: - Gleichzeitige Arbeit mehrerer Bearbeiter in der

Planung mit Zugriffsschutz (eine Einheit darf zu einer Zeit nur von einem Bearbeiter geändert werden können),

- Datenübertragung von der Montage an die Plan-ung über aktuelle Anordnungen / Besonderheiten,

- Konsistente Datenbank für möglichst alle Informationen,

- Änderungs - Verwaltung: Speicherung des Änder-ungsstandes ggf. mit Kommentar pro Einheit in Planung und Inbetriebnahme,

- Bearbeitungs - Ort - Verwaltung: Was an die Inbetriebnahme übergeben wird darf nur noch vor-Ort geändert werden,

- Speicherung der Fertigstellung / Erprobung / Ab-nahme einer Einheit,

- Stand der Revisions - Dokumentation. Diese Aufgaben lassen sich nur mit einem Server - Client - System lösen, wobei der Server die aktuelle Datenbank hält. Planung und Montage / Inbetrieb-nahme erhalten zweckmäßigerweise getrennte Server mit Datenaustausch über Datenfern-verbindung. In der Anlage erhält das Engineeringnetz Zugriff auf die Leiteinrichtungen, damit schnell "optimiert" werden kann.

Sind "intelligente" Messumformer, Antriebe, Stellantriebe vorhanden, so werden entweder eigene Service-PCs am Anlagen - Bus oder SW - Pakete auf den Engineeringrechnern verwendet. Für die Wartung im späteren Betrieb übernimmt der Anwender meist einen Teil des Engineeringrechner - Netzes der Baustelle und möchte es für seine zusätzlichen Aufgaben nutzen: - Verwaltung von Reserveteilen - Verwaltung der Anlagendokumentation vom Über-

sichtsplan bis zum Geräte - Datenblatt, - Statistik und Berichtswesen der Wartung, - Anbindung der Leitanlagen - Daten an die

sonstigen Anlagendaten (Maschinentechnik, Pro-duktion, ..)

Hierher gehört der Begriff "Asset Management". Durch die heute zur Verfügung stehende Informations - Technologie wachsen die Aufgaben mehr und mehr zusammen, es entstehen Komplett - Lösungen der Hersteller (z.B. "Engineering Studio"). Ziel der Betreiber ist natürlich eine Standardisierung, damit angeschaffte Hilfsmittel für verschiedene Anlagen angewandt werden können. (Mehr dazu im Kapitel "Engineering".)

__________ [1] Aspekte des Real Time Performance Monitoring, Autorengruppe, atp 7/2004 [2] “Intelligente Alarmierung”, Dr.Ing. M. Holländer (ABB), Dr. Ing. C.M. Beuthel (ABB), atp 6/2007 [3] Weiterführende EInsatzgebiete de 3D-PID, Knut Meißner und Hartmut Hensel, atp 8/2007 [4] Agentenbasierte Diagnose, Chr. W. Fey, Fraunhofer-Institut IITB, atp 8/2007

Bild 7.3: Engineering - Rechner - Netzwerk zur Abwicklung einer Großanlage

Planung

Montage

Inbetrieb-

nahme

Server mit

Planungs-

Datenbank

Clients für parallele Bearbeitung

(mit Doppelbearbeitungsschutz)

Übergabe

fertiger Einheiten

aktuelle

AnordnungVerbindung über

Internet oder

Wählleitung

Anschluss-

PläneServer mit

Baustellen-

Datenbank

Download

Controller,

aktuelle

Anzeigen

Anlagen-

Dokumentation

Feldbus

Intelligente

Komponenten

Parameter

Zustand

Clients fürTest, Anpassung, Parametrierung,

Diagnose,Service

Zuordnung: Messung - Ort

Kopp-

lung

Prozess-

Bus

Kunde,

Unterlieferanten

Kompon.-

Daten