Informationstechnik in der Automatisierung
Bürokomfort auch in der Werkshalle
Viele Unternehmen haben bereits erkannt, dass die Verwendung von Informationstechniken wie E-Mail und Web-Seiten auch die Abläufe in der Automatisierungstechnik transparenter und einfacher machen. Um diese Vorteile nutzen zu können, müssen die in der Produktion oder in der Maschine verwendeten Steuerungen lernen, IT "zu sprechen".Das Arbeiten mit den modernen Mitteln der Informationstechnik erleichtert den Alltag im Büro erheblich. Jeder Mitarbeiter kann ohne großen Aufwand und in Sekundenschnelle wichtige Daten gezielt abrufen, verteilen oder sichern. Dadurch ist gewährleistet, dass alle an einem Projekt beteiligten Personen schnell und flexibel auf Probleme reagieren können - weil sie informiert sind. Projiziert man dies auf die Automatisierungstechnik für Maschinen und deren Steuerungen, ergibt sich ein ähnliches Bild. Jeder Steuerung sind im Produktionsablauf bestimmte Aufgaben zugeteilt. Die Aufgabe einer einzelnen Steuerung ist jedoch auch - wie die Arbeit eines jeden Mitarbeiters - einem übergeordneten Ziel zugeordnet. An der Erfüllung dieses Zieles arbeiten noch weitere Menschen und Maschinen des Unternehmens. Um einen optimalen Ablauf der Tätigkeiten im Unternehmen zu erreichen, ist ein flexibler Informationsaustausch auch über räumliche Grenzen hinweg zwischen allen Beteiligten notwendig. Die Möglichkeiten des Datenaustauschs durch Steuerungen sind überwiegend auf Feldbuskommunikation und I/O-Signale begrenzt. Eine einfache und schnelle Bereitstellung von wichtigen Informationen für Mitarbeiter, die nicht direkt in der Feldebene arbeiten, ist damit kaum möglich. Aber die Wettbewerbsfähigkeit eines Unternehmens ist heute stark mit der Optimierung von Arbeitsabläufen verknüpft, die wiederum nur möglich sind, wenn sich auch Informationen aus der Automatisierungsebene schnell und einfach für alle bereit stellen lassen. Dies ist möglich, wenn die Betreiber die innovativen und bewährten Verfahren aus der Informationstechnik auf die Automatisierung übertragen. Dabei ist darauf zu achten, dass ausschließlich solche Mechanismen auch in der Automatisierungstechnik Einzug halten, die sich in der Office-Welt mehrfach und über Jahre bewährt haben. IT-Features in der Steuerung Die Informationstechnik gehört zu den Wirtschaftszweigen mit der höchsten Dynamik. Beinahe wöchentlich kommt man im Büro mit neuen Tools in Berührung. Dass dies nicht immer den gewünschten Nutzen zeigt, hat vermutlich jeder schon einmal erfahren müssen. Oft entpuppen sich neue Verfahren als behindernd und instabil. Während man in der Office-Welt diese Fehlentscheidungen relativ schnell wieder korrigieren kann, haben solche Fehlinvestitionen in der Automatisierungswelt verheerende Folgen. Folgende Techniken haben sich als nützlich und stabil genug erwiesen, um auch ohne negative Rückwirkungen in der Automatisierungswelt eingesetzt werden zu können: NTP (Network Time Protocol): ein automatisiertes Standardverfahren zur Uhrzeitsynchronisierung eines gesamten Netzwerks oder einer Anlage, DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol): Durch die automatische Vergabe von IP-Adressen entfällt eine aufwändige Projektierung der Netzwerkteilnehmer, E-Mail: Alarmmeldungen lassen sich schnell global an das Wartungspersonal weiterleiten, FTP (File Transfer Protocol): Mit dem Standardprotokoll FTP sind ganze Dateien einfach von einer Steuerung zum PC oder umgekehrt übermittelbar, Webserver: Ein Webserver auf der Steuerung ermöglicht eine Diagnose der Anlage aus der Ferne auch über das Internet, Datenbankanbindung: Professionelle Datenbanken ermöglichen eine komfortable Archivierung und Verwaltung großer Datenmengen. Eine direkte Einspeisung der Steuerungsdaten erspart händische Umkonvertierung, und SNMP (Simple Network Management Protocol): Mithilfe von SNMP lassen sich auch Automatisierungsnetzwerke einfach steuern und diagnostizieren. Die meisten Steuerungen sind jedoch von Haus aus für einen derart übergreifenden Informationsaustausch nicht gerüstet. Der Funktionsumfang der Steuerungen sieht häufig nur den Ablauf von logischen Programmen vor, wobei die Kommunikation auf Feldbusse oder I/O-Signale und die Echtzeitdiagnose auf LED-Anzeigen begrenzt ist. Die Einschränkung des Funktionsumfangs auf diese Kernaufgaben ist auch äußerst sinnvoll, da dadurch eine hohe Ausfallsicherheit entsteht - eine Steuerung, die so viel kann wie ein PC, ist auch so anfällig wie ein PC. Für Automatisierungsaufgaben ist dies nicht akzeptabel. Steuerungskonzepte wie zum Beispiel die Siemens-Lösung Simatic S7 sollen beides vereinen: höchste Zuverlässigkeit und komfortablen Datenaustausch. Die Kommunikation und die dazugehörigen IT-Features übernehmen dort spezielle Kommunikationsprozessoren (CPs), die an die Steuerung angeschaltet werden können, und die dafür sorgen, dass die Steuerung keiner Zusatzlast ausgesetzt ist. Mit solchen Kommunikationsprozessoren ist es möglich, die IT-Features aus der Office-Welt auch in der Steuerungsebene zu nutzen, und Anwendungen lassen sich schneller und oft auch preiswerter umsetzen. Zum Beispiel sind Qualitätsdaten direkt von der Steuerung in ein Datenbanksystem übertragbar. Dabei ist die Kommunikationsbaugruppe CP343-1 ERPC für die Anbindung an eine Datenbank parametriert anstatt eine komplizierte Schnittstelle zur Umsetzung der Datenformate manuell unter Verwendung eines Gateway-PCs zu programmieren. Ein weiteres Beispiel ist die Diagnose einer Simatic-S7-200-Station über das Internet: Die Kommunikationsbaugruppe CP243-1 sendet eine Alarm-E-Mail, weil ein Anlagenstillstand droht. Nun kann das Service-Personal mit einem beliebigen über das Internet angeschlossenen Rechner sehr schnell auf den Diagnose-Webserver der CP243-1 zugreifen, um das Problem zu beheben. Um die Automatisierungslösung sinnvoll an die IT Welt anzubinden sind noch weitere Voraussetzungen zu erfüllen, die bisher in der Automatisierungstechnik nur eine untergeordnete Rolle gespielt haben: Das Verteilen und Weiterleiten der Daten über spezifische Netzwerkkomponenten. In der klassischen Feldbustechnik findet man überwiegend fest vorgegebene und fixierte Netzwerkstrukturen. Erweiterungen sind oft nur mit zusätzlichem Aufwand möglich. In der IT Technik sind die Netzwerkstrukturen sehr dynamisch, da es durchaus üblich ist, neue Netzwerkteilnehmer hinzuzufügen oder zu entfernen. Diese Flexibilität ist durch dedizierte Netzwerkkomponenten wie Switches und Router möglich, die als zentraler Zugangspunkt für alle Teilnehmer dienen und das flexible Hinzufügen und Entfernen von neuen Komponenten zulassen. Bei der Integration der Steuerungen in die IT-Welt sind solche Switches nun auch für die Feldebene notwendig. Beim Einsatz in der Automatisierungsumgebung ergeben sich dabei neue Anforderungen an die Router und Switches, die über spezielle Produkte abzudecken sind. Die Bauform sollte an die verwendeten Automatisierungskomponenten im Schaltschrank angepasst sein. Zusätzlich dürfen die rauen Umgebungsbedingen wie hohe Temperaturen, Staub und elektromagnetische Strahlung keine negativen Auswirkungen auf die Netzwerktechnik haben. Diese Funktionalität ist über spezielle industrielle Switches und Router abgedeckt, die für den Einsatz in der Feldebene geeignet sind. Sicherheitsvorkehrungen sind notwendig Durch die Verwendung von IT-Features in der industriellen Kommunikation wird diese immer mehr zu einem Teil der IT-Welt und ist damit auch den gleichen Gefährdungen ausgesetzt, die aus dem Office- und IT-Umfeld bekannt sind. Hacker-Angriffe, bösartige Software, die Daten ausspioniert oder zerstört oder durch Erzeugung externer Netzlast jegliche Kommunikation verhindert, sind nur einige Beispiele für Risiken, die sich dadurch ergeben. Mit Industrial-Security-Konzepten bieten Hersteller wie Siemens Sicherheitslösungen speziell für die industrielle Automatisierungstechnik an, die die spezifischen Anforderungen dieser Einsatzumgebung erfüllen. Mit den Security-Modulen der Scalance-S-Familie lassen sich beispielsweise alle Geräte eines Ethernet-Netzwerks vor unbefugten Zugriffen schützen.
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