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Webbasierte Technologie mit Vertical Objects auf OPC UA Basis

Durch die Zunahme der Automation und deren Komplexität ist die oberste Prämisse, die Umsetzung der
Überwachung und Steuerungen von Maschinen und Anlagen so stressfrei wie möglich zu gestalten. Das
österreichische Unternehmen Certec EDV GmbH beweist mit seiner webbasierten HMI/Scada Lösung atvise,
dass es für den Techniker durchaus ein ‘Dolce Vita’ geben kann.

Man hat sich bei der Firma Certec immer schon viel vorgenommen und mit dem ersten großen Coup, nämlich die Umsetzung der HMI/Scada Lösung atvise auf Basis nativer Webtechnologie bewiesen, dass ‘nichts tun’ wirklich überzeugt. Denn dank atvise kann nun einfach via gängigem Webbrowser, mit einer Vielzahl von Endgeräten wie Displays, Smartphones, Tablett-PCs oder Standard-Laptops/PCs, auf die jeweilige Anlage zugegriffen werden. Gänzlich ohne vorher aufwändig installierter Plug-ins oder sonstiger Applikationen. Damit gibt es clientseitig ‘nichts’ mehr zu tun.

Bild 1: Beckhoff und Certec zeigen wie ein in der SPS erstellter FB zu einem instanziierten SCADA Objekt wird.

Anwendung: Fernwärme Wien vereinfacht Datenübermittlung

Das Wärmeversorgungsunternehmen Fernwärme Wien hat diesen Umstand früh erkannt und für sich genutzt. Das Unternehmen, dass ein 1.400km langes Leitungsnetz mit ca. 1.700 fernüberwachten Umformer- und Übergabestationen betreibt, von denen wiederum jede bis zu 500 Datenpunkte umfasst. Die Stationen übermitteln sowohl abrechungsspezifische als auch technische Daten, die in einer zentralen Datenbank erfasst und dann anwenderspezifisch einer Vielzahl von internen Anwendern zur Verfügung gestellt werden. Durch den Einsatz von atvise Scada konnten R&D Leiter Dipl.-Ing. Martin Höller und sein Team mehrere Probleme gleichzeitig lösen und den Aufwand beträchtlich verringern:

• Reduzierung des Supportaufwand: keine clientseitigen Installationen sondern Zugang ausschließlich durch Browser-gestützte Technologie – ohne Plug-ins, Applets, etc.

• Zugriff: eine straffe Zugriffsordnung gesichert durch Firewalls sowie weitere technische Hindernisse verhindert den Zugang zu Clients herkömmlichen Scada-Lösungen. Der Webbrowser ist jedoch jedem Mitarbeiter zugänglich.

• Skalierbarkeit.

Bild 2: Mit dem Einsatz von atvise ergeben sich im HMI und SCADA Bereich neue Perspektiven in der Anlagenarchitektur.

Den letzten Punkt erläutert Dipl.-Ing. Martin Höller, Verantwortlicher für R&D der Fernwärme Wien, wie folgt: „Vom gängigen Tablett-PC für den Support, über Displays in der Station bis hin zur Leitstation, alles wird nur mit einem Produkt und nur mit einmaligem Engineering-Aufwand durch objektorientiertes Arbeiten umgesetzt. Diese Skalierbarkeit des Produkts macht atvise einfach unglaublich interessant.” Die international agierende Andritz Graz AG setzte in einem Pilotversuch atvise für die Überwachung und Fernwartung sämtlicher haustechnischen Anlagen am Werksgelände in Graz ein. Im Rahmen des Versuches wurden zunächst Kühlwasserpumpen, Druckluftanlagen sowie sämtliche Kompressoren und Heizkessel eingebunden. Die Aufgabenstellung beinhaltete die Einbindung der global agierende Technikmannschaft in den Support. Das heißt: Sie müssen jederzeit von jedem Ort der Welt mit jedem Standard Windows Laptop oder PC als auch über Smartphones wie das BlackBerry Torch punktgenau und schnell auf die Störung zugreifen können. Dass sich in Support-Situationen die Reaktionszeit sowie die Flexibilität im Einsatz der Techniker wesentlich verbessert hat, wurde nach der Installation schnell offensichtlich: „Das Ergebnis des Pilotversuches war, dass nun auch die komplette Haustechnik in Andritz damit umgerüstet wird”, fasst der verantwortliche technische Leiter, Gerhard Schiefer, zufrieden zusammen.

Bild 3: Die Mitarbeiter des Andritz-Serviceteams können den Zustand der haustechnischen Anlagen direkt auf Ihren Smartphones über den Standard Webbrowser abrufen.

Verwendete Technologien: Ein Licht bleibt ein Licht!

Ein weiterer wichtiger Schritt im nichts tun Konzept der Certec betrifft das Engineering. Das Projekt wird unter dem Namen Vertical.Objects geführt. Hierbei steht die herstellerübergreifende Umsetzung der gemeinsamen technische Spezifikation der PLCopen und OPC Foundation im Mittelpunkt, die von diesen Organisationen als OPC UA Information Model for IEC 61131-3 bezeichnet wird. Die Basis zur Nutzung der Vorteile dieses Standards für den HMI/SCADA Bereich ist eine OPC UA konforme Umsetzung, wie es das atvise scada bietet. Um nun auf das Ergebnis des OPC UA Information Model for IEC 61131-3 der Zusammenarbeit von PLCopen und OPC Foundation einzugehen, so handelt es sich hier um die Wiederverwendbarkeit von Steuerungs- und Visualisierungs-Modulen und deren Kommunikation zu erhöhen und somit die Effizienz beim Engineeringprozess deutlich zu steigern. Der Standard IEC 61131-3 definiert verschiedene Programmiersprachen und ein Softwaremodell für die Programmierung von Steuerungssystemen. In der von beiden Organisationen verabschiedeten, gemeinsamen Spezifikation wird eine Abbildung dieses IEC61131-3 Softwaremodells auf einen OPC UA Server Adressraum definiert. So entstehen z. B. aus Deklarationen von Funktionsbausteinen in der Steuerung entsprechende OPC UA Objekttypen und aus Instanzen der Funktionsbausteine entsprechende OPC UA Objekte. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass ein Steuerungsprogramm, unabhängig davon auf welcher Steuerung es ausgeführt wird und über welchen OPC UA Server auf die Daten zugegriffen wird, immer in die gleiche Struktur von Objekten im Adressraum umgesetzt wird. Für UA-Clients ergibt sich ein immer identischer UA-Zugriff auf semantischer Ebene.

Bild 4: Mit dem „atvise builder“, dem Engineering Tool von Certec, erstellen die Techniker der Fernwärme Wien einfach und schnell ihre Anlagenbilder in reiner Vektorgrafik.

Technologien in der Praxis

Im Praxiseinsatz bedeutet dies, dass ein OPC UA konformes HMI oder SCADA System wie atvise von Certec die SPSObjekte ohne zusätzliches Engineering übernehmen kann und viele bisher notwendige Arbeitsschritte entfallen. Diese Form der Umsetzung reduziert zudem die Komplexität der Programmierung, ist kompakter, somit besser lesbar und erleichtert Inbetriebnahme und Wartung. Da das objektorientierte Engineering bei atvise seit je her OPC UA konform ist, werden Änderungen bei Objekttypen in allen Instanzen der Scada-Ebene automatisch durchgeführt. Diese Objekte sind bei atvise sehr ausführlich beschrieben und beinhalten alle parametrierspezifischen Eigenschaften wie serverseitiges Scripting, Alarming, Historisierung, Glättung, grafische Repräsentanten (Displays) etc..

Bild 5: Jede der 1700 Umformerstationen liefert 500 Datenpunkte, die mittels atvise und Internetzugang überall und jederzeit visualisiert werden können.

Unternehmen: Beckhoff und Certec demonstrieren ‘Vertical.Objects’

Dass das Thema in der Industrie angekommen ist zeigt sich daran, dass namhafte SPS Hersteller, die auch OPC UA konform sind, nun nach dem Prinzip von ‘Vertical.Objects’ vorgehen und bereits an der Erstellung entsprechender Bibliotheken arbeiten. Ein gutes Beispiel für das Funktionieren einer Symbiose unterschiedlicher Ebenen zeigen Beckhoff und Certec. Beckhoff hat den Nutzen von OPC-UA frühzeitig erkannt und UA bis in den kleinsten Embedded SPS-Controller integriert. Die Beckhoff-Building Automation-Library Objekte stehen genormt per UA zur Verfügung. Certec kann mit atvise eine leistungsfähige Scada-Lösung auf dem UA Standard bieten. Gemeinsam demonstriert man somit ein wirklich vertikal durchgängiges, objektorientiertes Engineering: der HMI- und Scada Anbieter kann nun zu den SPS Objekten der BALibrary passende Gegenstücke für die Visualisierung einmalig anfertigen, die dann vielfach wiederverwendet werden können. Diese Objekte werden in atvise namentlich aufgerufen und können durch die objektorientierte Umsetzung, die atvise scada bietet, ohne Aufwand vielfach instanziiert werden. Ein weiterer interessanter Aspekt abseits der erwähnten Arbeitserleichterung ist der Umstand, dass wiederverwendbare Objekte geschaffen werden, die der breiten Masse der Systemintegratoren und Endanwendern zur Verfügung gestellt werden könnten.

Produkte mit OPC UA

Dass sich OPC UA nicht nur auf Vorteile im Zusammenspiel zwischen SPS und Scada beschränkt, zeigt sich anhand des Produktes MelSYS (Alarming via Sprache und SMS) und Acron von VIDEC, die in ihre Produkte – ab Ende Q3 – auch OPC UA implementieren werden.
Die Vorteile liegen auf der Hand:

• UA bietet ein integriertes Sicherheitskonzept basierend auf aktuellen internationalen Standards. Authentifizierung und Verschlüsselung sind im UA-Stack enthalten.

• Gewährleistung einer Unabhängigkeit in der Kommunikation.

• Betriebssystem übergreifende Ankopplung zwischen den verschiedenen Automatisierungsebenen.

Zukünftig sollen die Produkte durch das OPC UA eine tiefere Integration der genannten Produkte in die HMI Scada Umgebung erfahren. Ziel ist auch hier eine schnellere und fehlerreduzierte Projektierung.

Fazit

Für die Techniker und Anwender reduziert sich der Arbeitsaufwand bei Implementierung, Support und Erweiterung der HMI/Scada-Lösung atvise auf ein Minimum. Die Basis dafür ist die Nutzung von Kommunikationstechnologien wie OPC UA. Denn beim Informationsaustausch von atvise zu anderen OPC UA basierenden Systemen ist nicht mehr wichtig wie die Informationen ausgetauscht werden, sondern wie sie definiert werden. Das ist der Ansatz um Anwendern ein ‘Dolce Vita’ an ihrem Arbeitsplatz zu bereiten – egal wo auf der Welt sie sich gerade befinden.

Quelle: SPS Magazin Ausgabe 09/2011