Entwicklung von Softwaresystemen für die industrielle Automatisierung und technische Parameter

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Dieser Artikel beschreibt die Funktionen und Aufgaben von Software zur Steuerung von Überwachungssystemen. Zudem werden die Einschränkungen herkömmlicher Überwachungssoftware sowie die Eigenschaften von Software zur Visualisierung von Prozessen aufgezeigt. Ebenso werden die neuesten Entwicklungen in diesem Bereich erläutert. Abschließend wird ein Beispiel für die Anwendung von Softwaresystemen in der Industrieautomatisierung gegeben. 1. Einleitung: Mit der raschen Entwicklung der Computer- und Softwaretechnologien, der Informationstechnologie sowie der Industrietechnologien sowie mit dem Fortschritt bei der Digitalisierung von Unternehmen werden Industrieautomatisierungssysteme immer komplexer – und die Anforderungen an diese Systeme steigen stetig. In großen, komplexen Systemen wie großen industriellen Produktionsprozessen, computergestützten Fertigungssystemen oder Steuerungssystemen für industrielle Prozesse gibt es verschiedene Formen der Komplexität. In ihrer Gesamtstruktur zeigen sich diese Systeme als nichtlinear, unsicher, unendlich dimensional, dezentral organisiert sowie mehrschichtig ； Was die zu verarbeitenden Informationen angeht, zeigt sich dies in der Unsicherheit, Zufälligkeit und Unvollständigkeit der Signale sowie in der Mischung von Bild- und Symbolinformationen ； Am Computer zeigt sich das als eine Kombination aus arithmetischen und logischen Operationen ； Mit der Vertiefung und Verfeinerung der Steuerung zeigt sich beispielsweise eine zunehmende Flachstrukturierung der Managementmethoden usw. Es ist ersichtlich, dass bei komplexen Großsystemen nicht nur bei Aspekten wie Systemidentifizierung, -analyse und -Entwicklung andere Ansätze erforderlich sind, sondern vor allem auch bei der Systemmodellierung und den Steuerungsstrategien. Der Schwerpunkt des Design-Systems liegt auf der vollständig softwarebasierten Umsetzung einer integrierten Steuerung und Verwaltung. Aufgrund der komplexen Struktur von Systemen, der vielen Variablen sowie der verflochtenen Informationen stellt sich die Frage, nach welchen Prinzipien ein großes System sinnvoll in relativ kleinere Unterysteme aufgeteilt werden kann. Zudem muss geklärt werden, wie diese Untersysteme miteinander koordiniert werden können, damit das System optimal funktioniert und gesteuert werden kann. Das sind dringend zu lösende Probleme, die auch im Bereich der Regelungstechnik große Bedeutung haben. Viele dieser Probleme sind bis heute noch nicht gelöst. Die Steuerung komplexer Großsysteme stellt zunehmend höhere Anforderungen an Softwaresysteme für die Industrieautomatisierung. Daher wird intensiv darüber nachgedacht, wie effektivere, fortschrittlichere Softwaresysteme bereitgestellt werden können. Mit dem Fortschritt der Technologie entwickelt sich die Softwaretechnologie für die industrielle Automatisierung rasant in Richtung Intelligenz, Vernetzung und Integration. Das Betreiben komplexer Großsysteme in einem vernetzten Umfeld sowie die Optimierung und Steuerung solcher Systeme über das Internet sind nicht mehr etwas, das in ferner Zukunft liegt – sie sind bereits in greifbarer Nähe. Dieser Artikel unternimmt aus der Perspektive der technologischen Entwicklung von Softwaresystemen einige Erörterungen dazu. 2. Überwachungs- und Konfigurationssoftware-Systeme 2.1 Hauptfunktionen der Konfigurationssoftware „Überwachung“ bezeichnet die Beobachtung und Steuerung des zu überwachenden Prozesses. Aus Sicht der industriellen Automatisierung wird Software zur Überwachung in der Regel als industrielle Konfigurationssoftware oder Konfigurationssteuerungssoftware bezeichnet. Seit seiner Entstehung Anfang der 1980er Jahre hat sich die Konfigurationssoftware in 20 Jahren weiterentwickelt. Man kann sagen, dass sich die Konfigurationssoftware als eine Art Anwendungssoftware im Laufe der Entwicklung der PCs ständig weiterentwickelt hat. Konfigurationssoftware der 80er Jahre wie Onspec, Paragon 500 und die frühen Versionen von FIX liefen im DOS-Umfeld und verfügten über keine besonders leistungsstarke grafische Benutzeroberfläche. Seit Wonderware im Jahr 1987 die erste Software zur Konfiguration von Mensch-Maschine-Schnittstellen für den Bereich der Industrie- und Prozessautomatisierung unter Windows entwickelte – nämlich InTouch – haben solche Mensch-Maschine-Schnittstellensysteme, wie InTouch, den Weg für die Nutzung von Steuerungssoftware unter Windows geebnet. Mit der raschen Entwicklung der Computer-Hardware- und -Software-Technologien konnten die Funktionen sowie die Leistungsfähigkeit der auf PCs und kompatiblen Geräten basierenden Konfigurationssoftware erheblich verbessert werden. InTouch ist als typisches Konfigurationsprogramm für die industrielle Automatisierung von guter Echtzeitfähigkeit sowie leistungsstarken Grafikfunktionen geprägt. Deshalb bezeichnet Wonderware InTouch auch als Prozessvisualisierungssoftware – eine Bezeichnung, die wohl zutreffender ist. Software zur Konfiguration von Überwachungssystemen ist eine Softwareplattform für die Überwachung und Datenerfassung (Supervisory Control And Data Acquisition, SCADA). Sie verfügt über zahlreiche Einstellungsmöglichkeiten, ist flexibel in der Nutzung und weist starke Funktionen auf. Als die Software zur Konfiguration von Überwachungssystemen erstmals auftauchte, lag ihr Hauptfokus auf der HMI (Human-Machine-Interface) oder MMI (Man-Machine-Interface) – also auf der Lösung von Problemen im Zusammenhang mit der grafischen Benutzeroberfläche für die Interaktion zwischen Mensch und Maschine. Das Konfigurationssoftwarepaket umfasst eine Echtzeitdatenbank, Echtzeitsteuerung, SCADA, Kommunikation und Vernetzung, offene Datenbankanschlüsse sowie Treiber für I/O-Geräte. Mit der Entwicklung der Softwaretechnologie erhalten die Überwachungs-Konfigurationssoftware ständig neue Funktionen. Im Prozess der Digitalisierung der Gesellschaft wird sie eine immer wichtigere Rolle spielen. Die Zukunftsaussichten sind äußerst vielversprechend. Die Konfigurationssoftware verfügt über die folgenden Hauptfunktionen. (1) Verwendung grafischer Editier- und Designtechniken: Programmierer können mithilfe von Puzzles, Bausteinen sowie einfachen Verbindungen eine Benutzeroberfläche für die Mensch-Maschine-Kommunikation erstellen. Das Konfigurationsprogramm enthält eine Bibliothek für die Gestaltung und Entwicklung, wie z. B. verschiedene Anzeigegeräte, Elektromotoren, Steuertasten usw. Programmierer können auch grundlegende Zeichentools nutzen, um eigene Bibliotheken und Objekt-Elemente zu entwerfen. In der Mensch-Maschine-Schnittstelle zur Bedienung und Überwachung werden durch Elemente, die den jeweiligen Feldgeräten, Messvorrichtungen und Steuerungen entsprechen, die tatsächlichen Objekte dargestellt und angezeigt, wodurch eine Simulationsansicht des Betriebs der Feldproduktionsanlagen entsteht. Dadurch kann durch die Bearbeitung der Objekte auf dem Simulationsbildschirm die Bedienung und Verwaltung der Geräte sowie Controller vor Ort realisiert werden. Das ist einer der größten Vorteile von Konfigurationssoftware: Sie macht das Programmieren und Bedienen äußerst intuitiv, sodass es auch Personen mit unterschiedlichem Wissen und Können leicht erlernen können. Aus der obigen Analyse geht hervor, dass ein wichtiger Maßstab zur Beurteilung der Qualität einer Konfigurationssoftware darin besteht: die Größe und Vielfalt der Designbibliothek dieser Software sowie die intuitive Darstellung der Elemente in dieser Bibliothek. (2) Verwaltung des Zustandswechsels bei den tatsächlich überwachten Objekten: Die Konfigurationssoftware nutzt Animationstechnologien, um die Elemente, die die Objekte vor Ort beschreiben, mit bestimmten Parametern oder Funktionen in Verbindung zu bringen – dadurch entsteht eine Zuordnungsbeziehung. Durch die Programmierung oder Verarbeitung dieser Parameter oder Funktionen können Programmierer bzw. Bediener die Erfassung, Analyse und Verarbeitung der Daten der Feldgeräte bewirken. Die Übertragung der Parameter erfolgt über die Eingangs- und Ausgabekanäle zwischen dem Konfigurationsrechner und den Feldgeräten, wodurch eine Fernüberwachung und -steuerung, also eine Zustandsverwaltung, möglich wird. Zum Inhalt des Zustandsübergangs gehören die Einstellung der Bewegungsgesetze der Objekte, die Überwachung des Betriebszustands sowie die Anzeige von Fehlern. Aus Sicht der Anwendung werden die Bearbeitung und Veränderung der Objektparameter blockiert. Der Benutzer kann die Elemente auf der Überwachungsanzeige aktivieren – beispielsweise durch Klicken mit der Maus auf diese Elemente. Dadurch werden die den Elementen zugeordneten Objektparameter verändert oder angepasst. Diese Parameter ändern sich gemäß den im Programm vorgegebenen Regeln, wodurch auch die Objektparameter der anderen Elemente synchron verändert werden. Die resultierenden Veränderungen führen dazu, dass die entsprechenden Elemente sich verändern oder weitere Bildinformationen auf der Mensch-Maschine-Schnittstelle angezeigt werden. Dadurch kann der Benutzer die Ergebnisse seiner Aktionen erkennen und so die nächste Aktion entscheiden. Auf diese Weise wird die Mensch-Maschine-Interaktion abgeschlossen. Aus Sicht der Konzeption und Entwicklung ist die Bearbeitung der Objektparameter transparent – es ist jederzeit möglich, die Parameter sowie die Berechnungsregeln entsprechend den Anforderungen zu ändern. Diese Änderungen können über die Mensch-Maschine-Steuerungsoberfläche vorgenommen werden. Wenn die Mensch-Maschine-Steuerungsoberfläche als Entwicklungsumgebung verwendet wird, kann man durch Doppelklick auf ein Element mit der Computermaus in das Dialogfeld für die Objektparameter gelangen, um dort Änderungen vorzunehmen. Daraus geht hervor, dass die Konfigurationssoftware bei der Überwachung und Verwaltung vor Ort nicht nur die traditionellen Kontrollstrukturen in Assemblersprachen oder Hochsprachen übernimmt, sondern auch die Programmierbarkeit erheblich verbessert. Dies wird sowohl von Benutzern als auch von Programmierern sehr geschätzt. (3) Die Überwachung und Verwaltung der Objekte wird anschaulicher und detaillierter. Konfigurationssoftware kann nicht nur wie andere gängige Programmiersprachen-Entwicklungstools die Parameter der Objekte einstellen, Daten in Echtzeit erfassen, Algorithmen für die Programmierung erstellen, Steuerregeln sowie Ergebnisse ausgeben und Datenspeicherungen anlegen – sie kann außerdem diese Funktionen und Schritte leicht anschaulich darstellen. Zudem können sie auf der Benutzeroberfläche dargestellt werden, damit Programmierer oder Bediener sie intuitiv analysieren und ändern können. Durch Konfigurationssoftware können die in Echtzeit erfassten Daten in Form von Echtzeitkurven auf dem Überwachungsbildschirm dargestellt werden. Ebenso können historische sowie aktuelle Steuerungsdaten und -ergebnisse ebenfalls in Form von Echtzeitkurven auf dem Überwachungsbildschirm angezeigt werden. Auf diese Weise können Menschen hochentwickelte Wissensdatenbanken sowie Methoden der intelligenten Steuerung und Vorhersage nutzen – wie beispielsweise Diagramme, Methoden der Quadratkurvenanpassung oder Regressionsvorhersagen – um Eingangs- und Ausgangsparameter sowie Daten zu analysieren und zu verarbeiten. Dadurch wird ein tieferes Verständnis des überwachten Objekts sowie eine bessere Kontrolle seines Zustands ermöglicht, außerdem können Alarme angezeigt werden. (4) Echtzeit-Offenheit und gute Vernetzbarkeit: Automatisierungssoftware nutzt in großem Maße standardisierte Vernetzungstechnologien wie OPC, DDE, ActiveX-Kontrollen, COM/DCOM, ODBC, OLE-DB usw. Dadurch wird sie zu einer Automatisierungsplattform mit guter Echtzeit-Offenheit und Vernetzbarkeit. Die Konfigurationssoftware nutzt die ODBC-Technologie (Open Database Connectivity), um es zu ermöglichen, Objektparameter zu teilen oder von anderen Softwareprogrammen aus zu lesen ； Die Technologie DDE (Dynamic Data Exchange) wird zur Übertragung von Parametern eingesetzt – beispielsweise um die Parameter von Prozessobjekten mit Tabellendateien von MICRO EXCEL zu verknüpfen. Dadurch werden Änderungen an den Objektparametern in Echtzeit in diesen Tabellendateien widergespiegelt. Gleichzeitig werden die entsprechenden Daten in den Tabellendateien verarbeitet, und die Ergebnisse werden wieder an die jeweiligen Parameter zurückgesendet. So wird eine gegenseitige Verbindung zwischen der Konfigurationssoftware und den Datendateien in MICRO EXCEL hergestellt. Dadurch können die jeweiligen technischen Vorteile genutzt werden, um eine bessere Kontrolle und Verwaltung des Feldsystems zu gewährleisten ； Durch die Anwendung der OLE-Technologie (Object Linking and Embedding) können weitere Funktionen integriert und erweitert werden. So kann beispielsweise die MICROSOFT-Office-Software in die Bedienplattform der Konfigurationssoftware eingebettet werden, damit die Bediener Textberichte sowie Auswertungen leichter bearbeiten können. Mit der ActiveX-Technologie können wiederum Mediaplayer in die Bedienplattform der Konfigurationssoftware eingebettet werden, sodass auf dem Überwachungsbildschirm Bilder von den Überwachungskameras angezeigt werden können ； Durch die Anwendung des TCP/IP-Protokolls werden die Konfigurations- und Überwachungsdaten im Internet verbreitet, um eine vernetzte Verwaltung und Überwachung zu ermöglichen. (5) Die Entwicklungszeit für die Anwendungssteuerplattform ist kurz. Durch die Verwendung von Konfigurationssoftware zur Erstellung der Überwachungs- und Steuerungsplattform werden umfangreiche Arbeiten an der Erstellung von Quellcode sowie an der Debugging-Arbeit vermieden. Sein grafisch-intuitiver Programmierstil verkürzt den Programmierentwicklungszyklus, erfüllt leicht die Zeitvorgaben bei der tatsächlichen Projektrealisierung, und die Anpassung sowie Aktualisierung der Benutzeroberfläche in der Anwendung (im Online-Modus) ist ebenfalls einfach und schnell möglich. Allerdings entwickelt sich auch die Konfigurationssoftware als neuartiges, objektorientiertes Programmierwerkzeug für die Überwachung und Steuerung in der Industrie weiter. Es werden ständig Verbesserungen erforscht, insbesondere bezüglich der Balance zwischen dem Grad der Datenweitergabe und den Anforderungen an Echtzeitfunktionen – je nachdem, um welche Überwachungsobjekte und Umgebungen es geht ； Wie kann in Umgebungen mit mehreren gleichzeitig laufenden Threads sowie Objekten den unterschiedlichen Echtzeitanforderungen der einzelnen Threads Rechnung getragen werden, und wie können Datenkonflikte sowie Blockaden vermieden werden? ； Wie lässt sich das Problem der Abstimmung zwischen der Echtzeitfähigkeit der Fernsteuerung über das Netzwerk und der Echtzeitfähigkeit der Vor-Ort-Überwachung lösen? 2.2 Funktion der Konfigurationssoftware zur Überwachung
Die Konfigurationssoftware ist die Grundlage von Softwaresystemen für die industrielle Automatisierung. Sie spielt eine entscheidende Rolle bei der Integration von Steuerungsnetzwerken und Informationsnetzwerken. Durch die über die Konfigurationssoftware bereitgestellten Schnittstellentechnologien können Echtzeitdatenbanken mit den Daten der Feldgeräte verbunden werden. Dadurch erhält das System umfassende Informationen und Daten. Software zur Konfiguration von Überwachungssystemen ist ein Entwicklungstool für Steuerungssysteme. Der Benutzer kann je nach Anforderungen des Anwendungsgegenstands sowie der zu bewältigenden Steuerungsaufgaben, mithilfe einfacher und übersichtlicher Konfigurationen sowie der von der Software bereitgestellten Werkzeuge, die verschiedenen Funktionsmodule flexibel anordnen und kombinieren, um so die für ihn geeignete Anwendungssoftware zu erstellen. “Das Konzept der „Konfiguration“ wurde erst mit dem Aufkommen von Verteilten Steuerungssystemen (Distributed Control System, DCS) von den meisten Fachleuten für die Automatisierung von Produktionsprozessen bekannt. Die heutigen Konfigurationssoftware-Programme sind im Grunde genommen die Anwendungsprogramme, die ursprünglich von den verschiedenen DCS-Herstellern in ihre DCS-Systeme vorinstalliert wurden. Doch es gibt bis heute keine klare Definition dafür. Der Prozess des Entwurfs des Zielanwendungssystems mithilfe dieser Anwendungsprogramme wird einfach als „Konfiguration“ bezeichnet. Der Begriff „Konfiguration“ stammt ursprünglich aus dem Englischen „Configuration“. Er bezeichnet die Verwendung von Softwarewerkzeugen zur Konfiguration der verschiedenen Ressourcen eines Computers sowie von Software. Dadurch soll der Computer oder die Software in der Lage sein, Aufgaben automatisch auszuführen – gemäß der vorher festgelegten Konfiguration –, um den Anforderungen der Benutzer gerecht zu werden. Die Industrieunternehmen sind komplexe Großsysteme. Angesichts der Anforderungen an die Entwicklung neuer Industrietechnologien sowie an die Digitalisierung von Unternehmen sollte die Automatisierung sowohl das Management als auch die Steuerung umfassen – sie beinhaltet somit die Automatisierung auf niedrigerer Ebene der Steuerung sowie auf höherer Ebene des Managements. Menschen bezeichnen die Kontrolle auf höherer Ebene oft als Management, während sie die Kontrolle auf niedrigerer Ebene als Steuerung bezeichnen. Für die Steuerung der unteren Ebenen werden die Steuerungsaufgaben hauptsächlich von den Geräten des physikalischen Systems übernommen. Die Digitalisierung von Unternehmen stellt höhere Anforderungen an das Automatisierungsgrad der Systeme. Dazu gehört auch, dass ERP-Systeme Bestellungen über das Internet entgegennehmen, während das Produktionssteuerungssystem des Unternehmens (MES) für die Herstellung der Produkte sorgt – bis schließlich die qualitativ einwandfreien Produkte an die Kunden geliefert werden. Dabei umfasst es alle Aspekte der niedrigstufigen Steuerung sowie der obersten Managementebene, angefangen bei den Sensoren bis hin zur optimalen Funktionsweise des gesamten Systems. Die Richtung und Menge der Materialflüsse, Informationsflüsse, Geldströme sowie des Personalaustauschs in einem Unternehmen unterscheiden sich stark je nach den Funktionen des Unternehmens, seiner Größe sowie den Eigenschaften seiner Produkte. Es ist daher ein wichtiges Ziel, solche komplexen Systeme so zu optimieren, dass optimale wirtschaftliche und gesellschaftliche Ergebnisse erzielt werden können. Um sicherzustellen, dass alle nützlichen Echtzeit-Statusinformationen im gesamten Steuerungsprozess (oder System) nicht verloren gehen, was eine effektive Echtzeitkoordination ermöglicht und die Unterstützung bei der Entscheidungsfindung auf höherer Ebene verbessert, sollten alle Arbeitsplätze über eine einheitliche grafische Benutzeroberfläche sowie eine einheitliche Informationsplattform verfügen. Dadurch können „Automatisierungsinseln“ sowie „Informationsinseln“ überwunden werden, und eine nahtlose Integration der Steuerungsfunktionen wird erreicht. Dabei spielt die Überwachungs- und Konfigurationssoftware eine entscheidende Rolle. Um die führende Rolle der Informationen in der unteren Ebene der Steuerung sowie bei Entscheidungen auf höherer Managementebene voll auszuschöpfen, muss der Auswahl des Überwachungssoftware-Systems besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden. Andernfalls sind die Ziele der Unternehmensdigitalisierung nur schwer zu erreichen. 2.3 Beschränkungen der allgemeinen Konfigurationssoftware für die Überwachung
Seit den 1980er Jahren wurden in China bei neuen sowie umgebauten Anlagen und bei technischen Modernisierungsprojekten im Allgemeinen Automatisierungssysteme eingesetzt, bei denen Softwarelösungen aus dem Ausland verwendet wurden. Typische Beispiele sind InTouch von der amerikanischen Firma Wonderware, Fix und iFix von der amerikanischen Firma Intellution, WinCC von der deutschen Firma Siemens sowie das Konfigurationsprogramm Trace Mode von der russischen Firma Adastra. Erst Mitte der 1990er Jahre begannen einige chinesische Softwareunternehmen, auf der Grundlage dieser ausländischen Softwarelösungen eigene Konfigurationssoftwareprodukte zu entwickeln. Typische Beispiele hierfür sind „Kings View“ von der Firma Beijing YAKON Software sowie MCSG von der Firma Beijing Kunlun Tongtai Automation. Diese Softwarelösungen trugen dazu bei, die Grundautomatisierung in chinesischen Unternehmen voranzutreiben. Ihre gemeinsamen Vorteile sind: die Verwendung grafischer Programmiermethoden, die Möglichkeit zur Steuerung des Zustands der überwachten Objekte, eine bessere Visualisierung und Darstellung der überwachten Objekte, eine gute Echtzeitfähigkeit sowie Interoperabilität des Systems. Zudem ist die Entwicklungszeit der Anwendungsplattformen kurz. Wenn man nur die Aspekte der Überwachung betrachtet, dann können diese Softwarelösungen – trotz unterschiedlicher Schwerpunkte in Bezug auf Grafiken und Konfigurationen, Datenverwaltung, Netzwerkfunktionen, Kommunikationsfunktionen und Sicherheitsmechanismen – im Allgemeinen die Anforderungen der Nutzer erfüllen. Es ist bemerkenswert, dass bei einer Betrachtung auf höherer Managementebene die Integration der Steuerung von Industrierobotersystemen sowie die Digitalisierung des Unternehmens mit erheblichen Herausforderungen konfrontiert sind. Es treten oft „Informationsinseln“ sowie „Automatisierungsinseln“ auf – es fällt schwer, die Informationen aus diesen „Inseln“ zu integrieren. Zudem fehlt eine einheitliche Plattform für die Steuerung, den Datenaustausch und die Informationsverarbeitung. Das sind genau die Hauptprobleme, mit denen komplexe Großsysteme in der Industrie sowie deren Digitalisierung derzeit konfrontiert sind. Wie man unter Wahrung der Ressourcen der bestehenden, im Betrieb befindlichen Systeme angemessen die Unterstützung durch Softwaresysteme erhöhen kann, um die ursprünglichen Systeme zu verbessern und umzustrukturieren, damit Unternehmen digitalisieren können – und somit den Anforderungen an die Umstrukturierung traditioneller Industrien sowie an die Anpassung der Produktstrukturen gerecht werden können –, ist ein Thema, das in der Kontrolltechnik großes Interesse weckt. Bei der Suche nach Lösungen und Wegen zur vollständigen Nutzung von Informationsressourcen stoßen die Bemühungen aufgrund der Einschränkungen durch die Funktionen der vom System gewählten Konfigurationssoftware an Grenzen – insbesondere aufgrund von Problemen wie „Kommunikationsprotokollen“ oder „Software-Schnittstellen“. Dies ist in vielen Unternehmen ein häufiges Phänomen, das die Systemintegration erheblich erschwert. Es scheint, dass die Hersteller von Konfigurationssoftware für die Überwachung diese Probleme mit den Software-Schnittstellen noch nicht ausreichend ernst nehmen. 2.4 Eigenschaften von Software zur Visualisierung von Prozessen Mit der Entwicklung der Softwaretechnologie erhalten die Software zur Steuerung und Konfiguration ständig neue Funktionen. Im Rahmen des Prozesses der Digitalisierung der Gesellschaft werden sie eine immer wichtigere Rolle spielen. Eines der auffälligsten Merkmale solcher Software ist die Fähigkeit, mehrere Aufgaben gleichzeitig auszuführen. Zum Beispiel Datenerkennung und -ausgabe, Datenverarbeitung und Algorithmenimplementierung, grafische Darstellung sowie Mensch-Maschine-Interaktion, Speicherung von Echtzeitdaten, Such- und Verwaltungsfunktionen, Echtzeitkommunikation usw. Die Hauptprobleme, die durch Konfigurationssoftware gelöst werden sollen, sind: (1) Wie findet der Datenaustausch zwischen den Geräten zur Datenerfassung und -steuerung statt? ； (2) Die Daten aus den Geräten mit den verschiedenen Elementen auf dem Computerbildschirm in Verbindung bringen ； (3) Behandlung von Datenalarmen und Systemalarmen ； (4) Speichern von Historiedaten und Unterstützung bei der Abfrage von Historiedaten ； (5) Erstellung und Ausdruck verschiedener Berichte ； (6) Es werden flexible und vielfältige Konfigurationsmöglichkeiten bereitgestellt, um den Anforderungen verschiedener Bereiche gerecht zu werden ； (7) Schnittstelle zu Drittanbieter-Softwareprogrammen zur Erreichung des Datenaustauschs. Konfigurationssoftware kann mithilfe grafischer Funktionen das zu steuernde Objekt anschaulich darstellen und anschließend durch interne Datenschnittstellen die Eigenschaften des zu steuernden Objekts logisch mit den Echtzeitdaten der I/O-Geräte verbinden. Sobald das von der Konfigurationssoftware erzeugte Anwendungssystem in Betrieb genommen wird, führen Veränderungen in den Daten der Eingangs-/Ausgabegeräte direkt zu Veränderungen in den Eigenschaften des gesteuerten Objekts. Die Echtzeit-Datenbank der Konfigurationssoftware ist eine offene Datenplattform, die es den Verwaltern ermöglicht, alle Echtzeitdaten zum Betrieb der Geräte vor Ort zu erhalten und eine zentrale Verwaltung durchzuführen. Außerdem kann die Konfigurationssoftware auf der Grundlage von Analysen historischer Trends optimierte Steuerungs- und Planungsentscheidungen treffen. 2.5 Neueste Entwicklungen in Software zur Prozessvisualisierung Um die besprochenen Themen konkret zu machen, werden hier als Beispiele die repräsentativsten Softwarelösungen für die Prozessvisualisierung herangezogen. Beispielsweise bietet InTouch 9.5 HMI erhebliche Verbesserungen, wodurch sowohl die Betriebs- als auch die Entwicklungseffizienz deutlich gesteigert werden. Auf diese Weise können die Mitarbeiter in den Fabriken, die das InTouch9.5-Programm verwenden, von neuen Funktionen profitieren, die ihre Arbeit schneller und einfacher machen. Außerdem können die verbesserten Softwareentwicklungsfunktionen die Zeit und Mühe, die für die Erstellung, Änderung und Bereitstellung von Anwendungen aufgewendet werden muss, erheblich verringern. Zu den Funktionsverbesserungen bei der Steigerung der Produktivität gehören: Hinweistexte ； Maussteuerung ； Fortgeschrittene Alarmanalyse ； Sprachwechsel während des Betriebs. Hinweistexte: Die Version 9.5 bietet dem Bediener Anleitungen, um den Mitarbeitern in der Fabrik zu helfen, die Informationen der angewendeten Anwendung schneller zu verstehen. Maussteuerung – diese neuen Steuerelemente bieten zusätzliche Funktionen für diejenigen, die ihre Anwendungen mit der Maus bedienen. Fortgeschrittene Alarmanalysewerkzeuge, die in der InTouch-Software integriert sind, ermöglichen eine schnellere und vollständigere Analyse von Alarminformationen. Sprachwechsel während der Ausführung – Der Benutzer kann während der Ausführung dynamisch das Sprache wechseln. Zu den Verbesserungen bei der Steigerung der Produktivität in der Ingenieurarbeit gehören: neue Funktionen zur Bewegung und Vergrößerung von Grafiken mithilfe intelligenter Symboltechnologien sowie Funktionen zur manuellen Positionierung von Grafiken ； Einfache, integrierte I/O-Redundanzkonfiguration ； Zusätzliche Tastaturauswahlen ； Standard-Einstellungen für die Schriftart. Durch neue Entwicklungen in der Technologie intelligenter Symbole ermöglichen diese Erweiterungen die schnellere Erstellung sowie zusätzliche Anpassung von grafischen Vorlagen. Integrierte, einfache I/O-Redundanzkonfiguration – diese Funktion ermöglicht es, einen zweiten Kommunikationsserver schnell zu konfigurieren, sodass im Falle eines Ausfalls der Verbindung zum ersten Server automatisch umgeschaltet werden kann. Funktionen zum Verschieben und Vergrößern sowie zur manuellen Positionierung von Grafiken – Die Details der Grafiken können durch einfaches Klicken sowie die Optionen zum Vergrößern mit „Gummiband“, zur manuellen Positionierung und zum Verschieben angepasst werden. Zusätzliche Tastaturoptionen: Die Version 9.5 beinhaltet eine neue „Region“-Tastatur, die es den Benutzern ermöglicht, ihre Tastatur mit den entsprechenden Zeichen der Landessprache anzuzeigen. Zudem gibt es eine neue Option, um die Größe der Tastatur auf dem Bildschirm anzupassen. Die Standard-Schriftart kann vom Benutzer sofort geändert werden, wodurch diese neue True-Type-Schriftart in der gesamten Anwendung verwendet wird. Die InTouch9.5-Software bietet den Benutzern und Entwicklern von Anwendungen zahlreiche neue Funktionen und führt zugleich zu einer erheblichen Steigerung der Entwicklungseffizienz und Leistung. Hinweistexte: Wenn ein Benutzer mit der Maus über ein Objekt in einer Anwendung fährt, das einen Hinweistext enthält, entsteht um dieses Objekt herum ein Ring. Dadurch wird dem Benutzer signalisiert, dass er Zugang zu weiteren Informationen über dieses Objekt hat. Hinweistexte können statische Informationen liefern, wie zum Beispiel, welche Funktion eine Schaltfläche hat, oder dynamische Statusinformationen, wie zum Beispiel der Füllstand eines Tanks. Statische und dynamische Hinweistexte sind äußerst nützlich, um eine große Anzahl von Grafiken in einem Fenster reibungslos anzuzeigen, und ermöglichen es dem Bediener außerdem sehr einfach, zusätzliche Informationen zu den Objekten auf dem Bildschirm zu erhalten. Maussteuerung: Die neue, fortschrittliche Maussteuerung ermöglicht es den Nutzern, Funktionen für verschiedene Mausklick-Optionen hinzuzufügen. Dies **erhöht die Menge an Informationen, die der Benutzer über ein Objekt erhalten kann, ohne dabei wertvollen Bildschirmplatz zu beanspruchen.** Fortgeschrittene Alarmanalysewerkzeuge – Die neuen, fortschrittlichen Alarmanalysewerkzeuge der InTouch9.5 HMI ermöglichen es den Benutzern, Alarme bequem in Pareto-Diagrammen zu analysieren ； Organisierte Alarme im Navigationstree ansehen ； Schnellere Abfrage von Alarmen ； Konfiguration einer Alarm-Hot-Backup für zwei Knoten ； Die Sortierung kann nach den Markierungen erfolgen; die Angabe „Keine Daten“ ist verfügbar ； Datenbank benennen. Diese fortschrittlichen Alarmfunktionen können dabei helfen, die Produktivität im Betrieb erheblich zu steigern. Sprachwechsel während des Betriebs – Sprachbarrieren können es den Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern in der Fabrik erschweren, die Anwendungsinformationen vollständig zu verstehen. Allerdings ermöglicht die neue Funktion zum Wechseln der Sprache während des Betriebs von InTouch 9.5 HMI es den Benutzern, die Anzeigesprache im laufenden Betrieb zu wechseln. Zum Beispiel, wenn der angezeigte Haupttext im Amerikanischen Englisch ist, kann der Bediener beim Betrieb auf einen Knopf klicken, um Informationen in einer anderen Sprache anzuzeigen, wie zum Beispiel Japanisch, Spanisch oder Britisches Englisch. Auf diese Weise können die Standardanwendungen von den folgenden Personen aufgerufen werden: Mehrere Bediener, die verschiedene Sprachen beherrschen, sowie Mitarbeiter aus mehreren Fabriken gleichzeitig ； Entwickler auf der ganzen Welt können jetzt in ihrer Muttersprache Fehler beheben. Die integrierte, einfache I/O-Redundanzfunktion ermöglicht eine einfache Konfiguration – so kann bei Bedarf oder wenn der erste Server gewartet werden muss oder nicht zur Verfügung steht, sehr einfach ein Ersatz-Server eingerichtet werden. So können die Mitarbeiter des Werks: Ausfälle, die mit den Kommunikationsservern zusammenhängen, beseitigen ； An dem ersten Server werden reguläre Wartungsarbeiten durchgeführt. Darüber hinaus erhöht die einfach konfigurierte I/O-Redundanzumschaltfunktion die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit von Echtzeitinformationen. Intelligente Symbolverbesserungen: Die neuen Verbesserungen der intelligenten Symbole in der InTouch9.5-Software ermöglichen es den Nutzern, die Größe der Vorlagen anzupassen und diese Änderungen im gesamten Programm automatisch anzuwenden ； Die in dem Fenster angezeigten Grafiken werden direkt zu intelligenten Symbolen erstellt ； Durch die Unterscheidung zwischen intelligenten Symbolen und herkömmlichen Grafiken können die verbesserten Funktionen der intelligenten Symbole die Zeit und Mühe bei der Erstellung, Änderung und Bereitstellung von Anwendungen erheblich verringern. Durch das bewegliche Skalieren sowie die manuelle Positionierung von Grafiken können die Entwickler von Anwendungen mithilfe der neuen, einfach zu bedienenden Funktionen zum Bewegen und Skalieren im WindowMakerTM-Grafikeditor von InTouchTM die Bereiche hervorheben, in denen präzise Details erforderlich sind – während sie gleichzeitig das gesamte Grafikfenster betrachten können. Beim Erstellen von Grafiken auf dem Bildschirm können sie auch Fensterkoordinaten verwenden, was eine präzise Anwendungsentwicklung ermöglicht, selbst wenn die Konzentration nachlässt. Zusätzliche Tastaturoptionen: Neben der Standard-InTouch-Tastatur enthält das InTouch 9.5-Programm auch zwei neue Bildschirmtastaturen. Entwickler können die neue Microsoft Windows-Tastatur verwenden, die eine „regionale“ Tastatur sein kann, wodurch internationale Benutzer ihre Muttersprache nutzen können, um die Tastatur mit allen Schriftzeichen und Zeichen anzusehen. Entwickler können außerdem die neue InTouch-Tastatur verwenden, um die Größe der Tastatur auf dem Bildschirm anzupassen. Diese beiden neuen Tastaturen werden in der Anwendung auf die für den Benutzer am besten geeignete Weise miteinander verbunden. Bei den Standard-Schriftarten können Entwickler die Standard-Schriftart sofort ändern, um so in der gesamten Anwendung neue True-Type-Schrarten für Schaltflächen und Texte zu verwenden. Zusätzliche Funktionen, Unterstützung für Passwortfelder – die Sicherheit wurde aktualisiert und verbessert, sodass Entwickler den Zugriff auf unerwünschte Informationen einschränken können. Das Passwort kann verschlüsselt werden, wodurch die Möglichkeit einer Abfangung im Netzwerk zwischen Client- und Serverrechnern verringert wird. Diese Funktion reduziert die Möglichkeit eines unbefugten Zugriffs für Benutzer auf ein Minimum. Die Zeichen des Passworts können auch ausgegeben werden, damit die Eingabe der Zeichen überprüft werden kann. Hotlink-Erweiterung: Grafiken mit Animationsfunktionen sowie ActiveX-Kontrollen können einen „Halo“ um ein Objekt anzeigen, der sich der Form des Objekts anpasst. Durch diese Halo-Funktion sowie die Anzeige entsprechend der Form des Objekts können Entwickler Animationen an verschiedene Teile komplexer Objekte hinzufügen. Der Benutzer muss lediglich mit der Maus über das Objekt fahren, bis er den gewünschten Teil ausgewählt hat, und diesen anschließend anklicken, um weitere Informationen anzuzeigen. Das aktualisierte Erscheinungsbild von Windows XP – Schaltflächen, Kontrollkästchen, Auswahlkästchen sowie Titelleisten – wurde dem neuen, benutzerfreundlichen Design von Windows XP angepasst. Die InTouch9.5-Software kann die Betriebseffizienz erheblich steigern und die Produktivität bei der Ingenieurarbeit deutlich verbessern. 3. Entwicklung der Softwaretechnologien für die industrielle Automatisierung: Derzeit werden im Ausland, in vielen entwickelten Ländern sowie in einigen Entwicklungsländern, die Softwarelösungen von Wonderware aus den USA häufig eingesetzt. Auf dieser Basis werden Systeme entsprechend den Anforderungen der Nutzer entwickelt, um komplexe industrielle Großsysteme steuern und verwalten zu können. Zum Beispiel setzte das größte indische Stahlunternehmen TISCO in den 1990er Jahren das amerikanische Softwarepaket für die industrielle Automatisierung von Wonderware ein, um eine direkte Kommunikation mit dem ERP-System zu ermöglichen. Nachdem die Bestellungen der Kunden direkt über das Internet entgegengenommen wurden, wurde mithilfe des Produktionssteuerungssystems (MES) eine einheitliche Steuerungs-, Daten- und Informationsplattform geschaffen, über die sowohl das Hauptunternehmen als auch die verschiedenen Abteilungen, Niederlassungen und Produktionslinien verwaltet werden konnten. Dadurch war der Entwicklungsprozess kurz, und die Kosten für Entwicklung, Betrieb und Wartung waren gering. Da die Softwarekomponenten eine nahtlose Integration des Systems ermöglichen, ist die Zuverlässigkeit hoch. So konnte eine einheitliche automatisierte Überwachung und Informationsverwaltung im gesamten Unternehmen realisiert werden – von der Entgegennahme von Bestellungen über den Einkauf von Rohstoffen bis hin zur Lieferung der Produkte an die Kunden. Dadurch wurde eine hohe Effizienz erreicht. Das Softwarepaket von der amerikanischen Firma Wonderware, das sogenannte Factory Suite, war das erste integrierte Softwarepaket für die industrielle Automatisierung in der Industrie. Es veränderte grundlegend die traditionellen Ansätze sowie den seit vielen Jahren in der Fertigungsindustrie geltenden Informationsfluss von oben nach unten. Neben den oben genannten Kernkomponenten gibt es auch Datenanalysewerkzeuge für Industrial SQL sowie ein unternehmensweites Telefon-/Alarmiersystem namens SCADAlarm und so weiter. Kurz gesagt ist Wonderwares Factory Suite ein System aus Softwarekomponenten, bei dem man nach Bedarf einzelne Module hinzufügen kann, um eine nahtlose Integration zu gewährleisten. Dadurch wird eine umfassende Lösung für die Digitalisierung von Unternehmen bereitgestellt. Wie beispielsweise in der Stahlindustrie, wo die I/O-Server-Technologie sowie die InSQL Server-Technologie von Wonderware aus den USA eingesetzt werden, um eine einheitliche Plattform für Steuerung, Datenverarbeitung und Informationsmanagement zu schaffen – mit hervorragenden Ergebnissen. Es ist möglich, ein System zur dynamischen Überwachung des Produktflusses einzurichten, sodass vom Rohmaterial bis zum Endprodukt jeder Schritt nachverfolgt werden kann. Zudem kann ein dynamisches Management-System für Produktionsinformationen geschaffen werden, das die Planung der Produktion, die Steuerung des Produktionsablaufs, die Verwaltung der Lager (einschließlich Lager für Rohmaterialien, Halbfertigprodukte, Endprodukte), die Verwaltung der Produktionsprozesse, die Vertragsverwaltung, die Qualitätskontrolle sowie Unterstützung bei der Umsetzung von Herstellungsverfahren bietet. Durch die dynamische Steuerung und Verwaltung sowie durch die Nutzung fortschrittlicher Softwaretechnologien und kompatibler Softwarekomponenten wird es möglich, ein solches System zu entwickeln. Es ist jedoch schwer vorstellbar, wie groß die Entwicklungsaufwände sind und wie hoch die Erfolgschancen liegen – ob ein echtes CIMS-System überhaupt realisierbar ist. In den letzten Jahren hat sich die Technologie der Software für die industrielle Automatisierung in vielerlei Hinsicht stark weiterentwickelt. Besonders bemerkenswert sind dabei die neuen Entwicklungen im Bereich der Systementwicklungsumgebungen und der Systemarchitekturen. Die integrierte Entwicklungsumgebung (IDE) ermöglicht die Wiederverwendung von Komponenten in Projekten, wodurch die Komponentenobjektarchitektur des Industrial Application Servers die Produktivität erheblich steigern kann. Das Component Object Model erleichtert die Entwicklung wiederverwendbarer Anwendungsobjekte, die Fabrikgeräte darstellen. Die innerhalb des FactorySuite IDE erstellten Anwendungsobjekte enthalten alle notwendigen Elemente im Zusammenhang mit den Automatisierungsgeräten, wie z. B. historische Parameter, Markierungen, Alarme und Ereignisse, Dokumente, Skripte sowie Sicherheits- und Kommunikationsparameter. Es ist möglich, eine Bibliothek von Vorlagen für wiederverwendbare Komponenten zu erstellen, zu kopieren und einzusetzen, um die Fähigkeit zur schnellen Entwicklung von Anwendungssoftware zu verbessern. Jedes Komponenten-Template weist unterschiedliche Eigenschaften hinsichtlich der Übertragung von Veränderungen auf. Daher kann eine Änderung an einem Element automatisch auf alle betroffenen oder ausgewählten Komponenten übertragen werden, wodurch wertvolle Entwicklungszeit und -kosten eingespart werden. Mit der Architektur für Fabrikmodelle können Benutzer vorausgeplanten Anwendungsobjekte in Vorlagen umwandeln, die die besten Praktiken sowie die ingenieurtechnischen Standards des Unternehmens berücksichtigen. Flexible Anwendungsobjekte können Wissen und Anwendungscode enthalten, der Automatisierungsstrategien für den Überwachung von physikalischen Fabrikanlagen oder höherstufige Produktionss Strategien darstellt. Eine Bibliothek von Vorlagen kann den Entwicklungsprozess in einen Montageprozess verwandeln – anstelle eines Programmierprozesses. Dadurch kann die Produktivität bei verschiedenen Projekten erheblich gesteigert werden. IDE ist eine Umgebung für mehrere Entwickler, die es Unternehmen ermöglicht, ihre Entwicklungsressourcen zu nutzen, um mehrere Ingenieure an einem Projekt zu beteiligen. IDE unterstützt mehrere Entwickler durch einen effizienten Registrierungs-/Abmeldeprozess. Für jedes Anwendungsmodul wird ein Mechanismus zur Überwachung der Historie bereitgestellt – dieser umfasst Benutzeridentifikatoren, Zeitstempel sowie detaillierte Zusammenfassungen der vorgenommenen Änderungen. Da die Konfigurationsinformationen der Anwendung in einer zentralen Projektdatenbank (SQL Server-Datenbank) gespeichert werden, ist es möglich, die gesamte Anwendung version zu kontrollieren. Der Registrierungs-/Abmeldeprozess ermöglicht es den Ingenieuren, Komponenten bei Reisen oder beim Verlassen des Standorts mitzunehmen, was ihnen maximale Flexibilität bietet. Der IAS (Industrial Application Server) hat die Produktivität und Skalierbarkeit bei der Entwicklung von Anwendungen für die industrielle Automatisierung in ein neues Zeitalter geführt. Es bietet eine völlig neue Ebene an Funktionen für die Echtzeitbeschaffung von Daten, die Verwaltung von Alarmen und Ereignissen, Dienste zur Datenverarbeitung sowie Funktionen für die gemeinsame Entwicklung. All diese Funktionen sind von Grund auf dafür konzipiert, in Anwendungen der Industrieautomatisierung eingesetzt zu werden. IAS ist eine Infrastruktur, die die Entwicklung, Implementierung, Wartung und Verwaltung von dezentralen Automatisierungsanwendungen vereinfacht. Es handelt sich um einen neuen Softwarekomponenten, der auf der ArchestrATM-Infrastruktur von Invensys basiert. Die umfassende ArchestrA-Fabrikautomatisierung und -Informationsarchitektur ist von Anfang an so konzipiert, dass sie mit den neuesten Softwaretechnologien die Lebensdauer traditioneller Systeme verlängert. Egal, ob automatisierte Anwendungen in der diskreten Fertigung, in Produktionsanlagen, für die Fernsteuerung von SCADA-Systemen, im Bereich öffentlicher Dienstleistungen oder in einer Kombination dieser Betriebsarten eingesetzt werden – die ArchestrA-Architektur kann sie alle abdecken. IAS basiert auf der ArchestrA-Architektur, wobei der klare Vorteil darin besteht: eine dezentrale Punkt-zu-Punkt-Architektur ； Ein weltweit vernetzter Domainraum ； Integrierte Historie, Skripte, Alarme und Sicherheitsmechanismen ； Intuitives Mehrbenutzer-Entwicklungsumfeld ； Komponentenbasiertes Fabrik- und Anwendungsmodell ； Erfüllt die Anforderungen von 21 CFR Teil 11 ； Für die Nutzer kann dies die Projektkosten erheblich senken ； Senkung der Besitzkosten ； Schnelle Reaktion, anpassungsfähig an die Wachstumsbedürfnisse ； Unerschütterliche Offenheit. Es bietet die Grundlage zur Vereinfachung der Entwicklung, des Deployments, der Wartung und Verwaltung von verteilten Automatisierungsanwendungen. IAS bietet ein neues Niveau an Möglichkeiten für die Echtzeitbeschaffung von Daten, die Verwaltung von Alarmen und Ereignissen sowie Dienstleistungen zur Datenverarbeitung. Zudem werden Kooperationsmöglichkeiten bereitgestellt. All diese Funktionen wurden von Anfang an speziell für Anwendungen in der Industrieautomatisierung entwickelt. Dadurch können Hersteller, OEMs und Systemintegratoren die Kosten für die Entwicklung, den Kauf und die Wartung von Automatisierungssystemen erheblich senken. Gleichzeitig können die Nutzer ihre Automatisierungssysteme flexibel gestalten, wodurch sie besser auf neue Anforderungen reagieren können. IAS ist eine leistungsstarke neue Anwendungsplattform, die auf der ArchestrA-Architektur von Invensys basiert. Die umfassende ArchestrA-Fabrikautomatisierungs- und Informationsarchitektur wurde von Anfang an so konzipiert, dass sie mit den neuesten Softwaretechnologien die Lebensdauer traditioneller Systeme verlängert. Egal ob es sich um Automatisierungsanwendungen in Fertigungsstätten, Raffinerien, für die Fernsteuerung per SCADA, in Versorgungsunternehmen oder in jeder Kombination dieser Geschäftsformen handelt – eine auf ArchestrA basierende Architektur ist dafür geeignet. Aus systemischer Sicht entwickeln sich die neuesten Softwaresysteme für die industrielle Automatisierung mithilfe fortschrittlicher Softwaretechnologien in Richtung Integration, Vernetzung, Plattformbasierte Strukturen sowie integrierte Steuerung. (1) Integration von Software für die industrielle Automatisierung: Frühere Softwarelösungen für die industrielle Automatisierung berücksichtigten bereits den Aspekt der Integration von Geräten und verschiedenen Systemen. Doch der Umfang dieser Integration beschränkte sich in der Regel auf lokale Systeme oder Abteilungssysteme – ohne dass eine Integration auf größere Ebene in Betracht gezogen wurde. Die neuen Automatisierungssoftwarelösungen hingegen berücksichtigen eine Integration auf großer Ebene, auf regionaler sowie auf gesamtfabrikweiter Ebene und bieten somit umfassende Lösungen für die Integration. (2) Vernetzung von Software für die industrielle Automatisierung: Angesichts der Dezentralisierung der Daten sowie der Vielfalt der Netzwerke entwickeln sich die Informationen in den Systemen zur industriellen Automatisierung in Richtung von Informationsbussen. Diese Informationsbusse ersetzen das bisherige Konzept, bei dem die Daten zentral erfasst und verarbeitet werden mussten. Es entsteht somit eine Art „Informationsbus“ auf der Ebene der Datenerfassung. Wenn die einzelnen Subsysteme an diesen Informationsbus angeschlossen sind, kann eine Kommunikation zwischen den Systemen stattfinden – dadurch entsteht ein vollständig dezentrales Überwachungssystem. Zum Beispiel ermöglicht das Überwachungssystem, das auf Wonderware FactorySuite A2 basiert, den Informationsaustausch durch die in jedem Computer des Systems installierten Plattformen. Da der Informationsaustausch zwischen Industrieautomatisierungssoftwaren zunimmt, ist es notwendig, auf einer einzigen Maschine die Möglichkeit zu haben, die Softwaresysteme mehrerer Maschinen zentral und aus der Ferne zu verwalten. Daher ist eine vernetzte Verwaltung auch eine Entwicklungstrend bei der Automatisierungssoftware. Derzeit bieten bereits viele inländische und ausländische Unternehmen für die industrielle Automatisierung Software zur Netzwerkverwaltung an. Beispielsweise ermöglicht die Systemmanagementkonsole SMC von Wonderware, die auf der Microsoft Management Console (MMC)-Technologie basiert, eine zentrale, ferngesteuerte Verwaltung von Datenerfassungssoftware, Protokolldateien sowie eingesetzten Objekten. (3) Anwendung objektorientierter Technologien in der Industrieautomatisierung
Objektorientierte Methoden weisen Eigenschaften wie Verkapselung, Vererbung und Polymorphie auf. Diese Eigenschaften haben dazu beigetragen, dass objektorientierte Methoden im Bereich der Softwareentwicklung schnell an Bedeutung gewannen. Im Bereich der Industrieautomatisierung weisen viele Steuerungsobjekte ebenfalls die Eigenschaften von „Objekten“ nach objektorientierten Prinzipien auf – was die Aufmerksamkeit auf sich gezogen hat. Steuerungselektroniker sowie Entwickler von Steuerungssoftware versuchen daher, objektorientierte Technologien auch in der Industrieautomatisierung einzusetzen. Derzeit beschränkt sich die Anwendung dieser Technologien jedoch hauptsächlich auf die Softwareentwicklung für bestimmte Steuerungssysteme. Das zeigt, dass objektorientierte Technologien zwar in der Industrieautomatisierung eingesetzt werden können, aber bisher noch nicht wirklich in der Gesamtplanung der Steuerungssysteme berücksichtigt werden. Das bedeutet, die Vorteile der objektorientierten Technologie in die Gesamtgestaltung des Automatisierungssystems einzubringen – anstatt sie einfach auf eine bestimmte Softwareentwicklung zu beschränken. Kurz gesagt: Die traditionellen funktionsorientierten Entwurfsmethoden konzentrieren sich auf den lokalen Bereich des Steuerungssystems und orientieren sich hauptsächlich an der Umsetzung einer bestimmten Funktion. Bei der Automatisierungssoftwareplattform Wonderware Industrial Application Server, die auf objektorientierter Technologie basiert, wird das Überwachungssystem nach objektorientierten Prinzipien entworfen. Dabei sollen die Vorteile der Verkapselung und Vererbung in der objektorientierten Technologie voll ausgenutzt werden. Gleichzeitig werden abstrakte Objekte verwendet, um die Struktur des gesamten Überwachungssystems zu betrachten. Das Unternehmen Wonderware hat ein neues Produkt auf den Markt gebracht, das objektorientierte Technologien nutzt – den Wonderware Industrial Application Server. Dieses Produkt nutzt voll und ganz die Vorteile der objektorientierten Technologie. Es bietet Automatisierungsingenieuren mehrere Vorlagen zur Auswahl, wodurch die objektorientierte Technik im Programm verborgen bleibt. Durch eine an die Bedürfnisse des Kunden angepasste Konfiguration sowie Erweiterungen kann das Design und die Planung von Industrieeinrichtungen effektiv umgesetzt werden. Dadurch werden die Ingenieure von der komplexen und zeitaufwändigen Entwicklung von Programmmodulen befreit, sodass sie sich auf die Systemsteuerungsmodelle sowie Steueralgorithmen konzentrieren können. Dadurch wird die Zeit für das Design und die Inbetriebnahme von Industrieeinrichtungen verkürzt, und die Wiederverwendbarkeit der Systeme wird verbessert. (4) Plattformbasierte Struktur von Softwaresystemen für die industrielle Automatisierung Im Laufe der Entwicklung von Softwaresystemen für die industrielle Automatisierung war aufgrund der Notwendigkeit, verschiedene Funktionen umzusetzen, es in den späten 1980er- und 1990er-Jahren notwendig, die Softwaresysteme anhand der Eigenschaften ihrer Module zu modularisieren. Und aufgrund der zunehmenden Bandbreite und Komplexität bei der Konzeption von Industrierobotiksystemen ist eine einheitliche Plattformsoftware erforderlich, um den einheitlichen Betrieb aller Funktionen zu gewährleisten. Große inländische und ausländische Unternehmen für Industrieautomatisierungssoftware lassen ihre modularen Softwarelösungen auf einer eigenen Plattform laufen. Diese Plattform weist eine hohe Offenheit sowie Erweiterbarkeit auf, sodass die Produkte der jeweiligen Hersteller auf dieser Plattform entwickelt werden können. (5) Umfassende Verwaltung von Softwaresystemen für die industrielle Automatisierung: Derzeit bieten die Hersteller von Software für die industrielle Automatisierung nicht nur Software zur Überwachung an, sondern können auch je nach Anforderungen vor Ort umfangreiche Verwaltungssoftware bereitstellen. Dadurch wandeln sie sich zu Anbietern von Lösungen für die industrielle Automatisierung. Sie bieten Unternehmen umfangreiche Softwarelösungen für Asset-Management, Qualitätssicherung und Chargenverwaltung. Außerdem werden im Zuge der Digitalisierung von Unternehmen derzeit aktiv MES-Lösungen angeboten, die als Datenbasis für das ERP-System der Unternehmen dienen. Am auffälligsten ist, dass viele Hersteller MES-Lösungen auf der Basis des S95-Standards anbieten. Das Production Events Module (PEM) des Unternehmens Wonderware ist beispielsweise eine Lösung zur Überwachung und Steuerung der Produktivität, die dem S95-Standard entspricht. Es gibt deutliche Fortschritte und Verbesserungen in Bezug auf die Anzahl der von der Software für die industrielle Automatisierung unterstützten Datenpunkte, die Verarbeitungskapazität sowie Skalierbarkeit oder Erweiterbarkeit. Hersteller berücksichtigen zunehmend die Wertsteigerung des Systems im Laufe der Zeit sowie die Verlängerung der Lebensdauer des Projekts, um insgesamt die Rendite der Investitionen in den Systemaufbau zu erhöhen. 4. Beispiele für die Anwendung von Softwaresystemen zur Industrieautomatisierung: Die Peripheriesysteme eines Kraftwerks sind ein wichtiger Bestandteil der Produktion und Verwaltung des Kraftwerks. Im Vergleich zur Steuerung der Maschinen und Anlagen ist ihre Funktionsweise jedoch recht einfach – in der Regel erfolgt die Steuerung direkt vor Ort. (1) Hohe Arbeitskosten für den Betrieb, die Kosten sind zu hoch ； (2) Aufgrund der verstreuten Lage und der großen Entfernung zum Zentralkontrollraum entstehen viele Schwierigkeiten bei dem Betrieb, der Wartung und der Verwaltung des Systems. Daher ermöglicht die Anwendung fortschrittlicher Netzwerksteuerungstechnologien eine zentrale Steuerung aller Peripheriesysteme. Dies kann nicht nur viele Probleme im Zusammenhang mit der Systemgestaltung und den Geräten lösen, sondern auch eine gute Grundlage für den Aufbau eines einheitlichen Unternehmensnetzwerks sowie für eine integrierte Steuerung schaffen. Im Folgenden wird anhand eines von mir in einem System zur zentralen Überwachung der Peripheriegeräte einer Kraftwerksturbine entwickelten Lösungsbeispiels die computergestützte Echtzeitüberwachung der Hilfssysteme in Kohlekraftwerken vorgestellt – wobei das Industriee Automatisierungssoftwarepaket FactorySuite von Wonderware verwendet wird. Die Praxis hat gezeigt, dass dieses Konzept von der Planung bis zur Umsetzung gute Ergebnisse erzielt hat. 4.1 Die Subsysteme, die in einem Computersystem zur Echtzeitüberwachung überwacht werden müssen Ein solches System zur Echtzeitüberwachung setzt sich aus den folgenden Subsystemen zusammen: (1) Steuerungssystem für das chemische Zusatzwasser ； (2) Steuerungssystem für die Aufbereitung von Kondenswasser ； (3) System zur Entnahme von Proben aus dem Sprudelwasser sowie zur Zugabe von Chemikalien ； (4) Kohletransportsystem ； (5) System der Wasseraufbereitungsanlagen ； (6) System des Kreislaufwasserpumpenhauses ； (7) Industrielles Pumpenhaus-System ； (8) Kraftstoffpumpenraumsystem. Obwohl die einzelnen Subsysteme dezentral verteilt sind, bestehen die Geräte zur Datenerfassung und -steuerung insgesamt aus drei Kategorien: mehreren SCHNEIDER MODICON QUANTUM-PLC-Systemen, Controllern der Conlogix-Serie von AB sowie einer ferngesteuerten I/O-Einheit auf Modbus-Basis. 4.2 Struktur des Überwachungssystems Angesichts der spezifischen Eigenschaften der verschiedenen Peripheriesysteme und -subsysteme in diesem Kraftwerk wurden auf der Grundlage der von den einzelnen Subsystemen bereitgestellten Daten sowie der I/O-Menge dieser Systeme 4 lokale I/O-Server konzipiert. Diese ermöglichen eine zentrale Überwachung über das Netzwerk in Verbindung mit dem Hauptrechner. Mit InSQL wird ein Echtzeit-Datenbanksystem erstellt, mit InTouch werden kategorisierte grafische Überwachungsarbeitsplätze entwickelt, mit ActiveFactory werden die entsprechenden Datenanalyse-Clienten geschaffen, und mit dem SuiteVoyager-Software wird ein grafisches Portal für die Überwachung vor Ort sowie für die Datenanalyse erstellt. Dadurch wird eine Fernüberwachung der industriellen Echtzeitinformationen in Form eines B/S-Systems ermöglicht – innerhalb der Sicherheitsstandards des Werks. Dies erleichtert außerdem die Vernetzung mit den ERP-Systemen der Kraftwerke. 4.3 Systemsoftware Die Anzeige der Systemsoftware ist in einer hierarchischen Struktur gestaltet. Es ist einfach, zwischen den verschiedenen Unter-systemen zu wechseln. Dadurch wird die tatsächliche Betriebslage übersichtlich dargestellt. Zudem ist die Software einfach zu bedienen. Ihre größten Vorteile sind Einfachheit, Übersichtlichkeit und umfassende Funktionalität. Eine hierarchische Struktur erleichtert es den Bedienern, zwischen mehreren Unter-systemen präzise umzuschalten, und vermeidet Fehlbedienungen durch eine komplizierte Systemstruktur. Auch die einzelnen Subsysteme verfügen über ähnliche Funktionsmenüs, wodurch ein einfacher Wechsel zwischen den Funktionen möglich ist. Zudem sind die Funktionen umfassend ausgeprägt – innerhalb derselben Hauptansicht können mehrere Aktionen durchgeführt werden. Das Überwachungssystem umfasst die Erstellung von Systemdarstellungen, ein System zur Wiedergabe von Unfallverläufen, die Anzeige und Ausdruck verschiedener Kurven sowie die Erstellung verschiedener Berichte. Die Überwachungsbilder müssen dem Designstil der Benutzeroberfläche des Kraftwerk-Überwachungssystems entsprechen. Die Bilder sollten nach dem Prinzip der schrittweisen Ansicht und detaillierten Darstellung gestaltet werden. Zur Steuerung des Wechsels und der Anzeige der Bilder werden verschiedene Elemente im Einklang mit den Windows-Standards verwendet – beispielsweise Pop-up-Fenster oder Dropdown-Menüs. Der Prozessablauf, die angezeigten Informationen (einschließlich Betriebsparametern, Status und Fehlern) sowie die verschiedenen Kurven auf einem Bild sollten ordentlich und übersichtlich dargestellt werden, wobei die Farbtöne sanft sein sollten. Das System zur Aufzeichnung von Unfallereignissen umfasst alle Ereignisse, die in das Steuerungssystem eintreten (z. B. Parameter, Rückmeldungen usw.), sowie die im Steuerungssystem selbst auftretenden Ereignisse (z. B. Störungen durch blockierte Komponenten oder Kommunikationsprobleme). Alle I/O-Points können in Form von Kurven dargestellt werden, wodurch reichhaltige Daten für eine Online-Analyse und Diagnose des Systembetriebs bereitgestellt werden. 5. Fazit: Obwohl Industrieanlagen immer komplexer werden und die Anforderungen an die Automatisierungssoftware stetig steigen, entwickelt sich die Softwaretechnologie für Industrieanlagen rasant weiter. Immer fortschrittlichere Systemtechnologien bieten eine starke technische Grundlage zur Optimierung der Steuerung komplexer Systeme sowie zur Vereinfachung der Managementstrukturen. Dadurch wird es möglich, eine nach der anderen technische Herausforderung zu meistern. Die oben besprochenen Fragen sind einige Erkenntnisse des Autors aus jahrelanger Praxis in der Ingenieurwissenschaft – ich weiß nicht, ob sie angemessen sind.