Sukzessive werden die über rund 1.400 km² verteilten Abwassser- und Wasser-Stationen auf OPC UA umgestellt.

Sukzessive werden die über rund 1.400 km² verteilten Abwassser- und Wasser-Stationen auf OPC UA umgestellt.Siemens

Die Automatisierungslösungen der Wasserver- und Abwasserentsorgung des ZWAV (Zweckverband Wasser und Abwasser Vogtland) sind geprägt durch historisch gewachsene Heterogenität, insbesondere im Bereich der Datenfernübertragung. Ohne ein Eingreifen würden die verschiedenen Systeme kommunikationstechnisch immer weiter auseinanderdriften und eine ­Vereinheitlichung der Datenübertragungsarchitektur mit Vorteilen wie Kostenminimierung, Wiederverwendung, Transparenz, effizientes Engineering und letztendlich der Erhöhung der Verfügbarkeit stark gefährden. Dabei heißt Vereinheitlichung nicht die Standardisierung durch Produkte von bestimmten Herstellern. Vielmehr steht die Standardisierung der Technologien im Vordergrund. Damit stehen wiederum diverse Technologieanbieter zur Verfügung. Oberstes Ziel des Projekts: Interoperabilität über die verschiedenen Automatisierungssysteme.

Als eine der Schlüsselstellen der Informationsgewinnung hat sich die detaillierte Aufnahme der Anlagenstati herauskristallisiert, damit übergeordnete Systeme ereignis- und zustandsorientierte Entscheidungen treffen können. Werden jedoch, wie bisher üblich, dedizierte Prozessinformationen mittels hard- oder softwareseitiger Oder-Verknüpfungen zu einer Sammelstörung zusammengefasst, macht dies die im Vorfeld genannten positiven Effekte im Bezug auf eine effiziente Instandhaltung zu Nichte. Ein Beispiel: In den durch Sammelmeldungen verursachten, jedoch nicht notwendigen Serviceeinsätzen an mehr als 500, auf rund 1.400 km² verteilten, trink- und abwassertechnischen Anlagen des ZWAV steckt ein gewaltiges betriebswirtschaftliches Optimierungspotential. Für dessen Ausschöpfung lohnt es sich, vorhandene und neue Technologien zusammenzuführen. Mit der Installation des Prozessleitsystems Hydrodat V8 der Firma HST Systemtechnik vor einigen Jahren ist dieser Schritt auf Scada-Ebene insofern vollzogen, dass die Software durch ihre
Offenheit und die Unterstützung von OPC ‚Klassik‘ die sanfte Migration zu OPC Unified Architecture erlaubt hat. Mit dem UA- Gateway der Firma Unified Automation zwischen OPC DA Client des Scada-Systems und dem OPC UA Server CE auf einem Beckhoff Embedded-PC stehen die wichtigsten Funktionen der OPC-UA-Spezifikation zur Verfügung. Lediglich das ‚Buffering‘ lässt sich nicht realisieren, das heißt die lückenlose Aufzeichnung von Prozessdaten bei einem Kommunikationsausfall. Obwohl jeder OPC UA Server diese Funktion bereithält, kann ein klassischer OPC-DA-Client diese Möglichkeiten über einen sogenannten Wrapper/Proxy nicht umfassend nutzen. Mit der Implementierung eines OPC UA Clients in der Scada-Anwendung würde künftig auch diese letzte zusätzliche Schnittstelle wegfallen und der Weg zu einer direkten Verbindung zwischen Betriebsleitebene und Prozess wäre frei.

Aus der Not wird eine Tugend: Da Windows CE nicht die vom Scada-System benötigen skalierbaren Vektorgrafiken unterstützt, wird die Umstellung der Vor-Ort-Bedienung auf Smartphones untersucht. Grundlage hierfür bildet ein 3D-Grid mit speziell für die versc

Aus der Not wird eine Tugend: Da Windows CE nicht die vom Scada-System benötigen skalierbaren Vektorgrafiken unterstützt, wird die Umstellung der Vor-Ort-Bedienung auf Smartphones untersucht. Grundlage hierfür bildet ein 3D-Grid mit speziell für die verscOPC

500 Stationen im Endausbau

Die sukzessive Implementierung der OPC-UA-Technologie in die rund 500 Stationen – vier sind bereits aktiv – ist einfach, da vor Ort Embedded-PCs, wie der CX5010 der Firma Beckhoff im Einsatz sind. Erweitert man diese Geräte um den UA-Server für Windows CE, lässt sich eine Einsparung der Lizenzkosten von über 90 % gegenüber der momentan eingesetzten proprietären Lösung erzielen. Auch beim größten Kostenblock in Automatisierungsprojekten, dem Engineering, kristallisiert sich eine deutliche Effizienzsteigerung verbunden mit Kostenreduzierung bei gleichzeitiger Qualitätsverbesserung heraus. Voraussetzung hierfür ist ein objektorientierter Ansatz mit einer einheitlichen Datenstruktur, der einen Großteil der Steuerungs- und Datenübertragungs-Intelligenz in die SPS verlagert und somit im Leitsystem wie auch in der lokalen Visualisierung nur noch dessen Abbild notwendig ist. Das vermeidet Mehrfach-Konfigurationen und unterschiedliche Skalierungen der Visualisierungsbilder sowie die damit verbundenen Fehlerquellen. Durch die Kooperation von OPC-Foundation und PLCopen wurden standardisierte Funktionsbausteine zur UA-Kommunikation aus der SPS heraus entwickelt. Diese lassen die Steuerung als UA-Client agieren, der eigenständig eine Kommunikations-verbindung initiieren kann. Der Transport von Datenstrukturen aus der SPS in andere Geräte wird für weitere Verbesserungen sorgen. Durch Strukturierung und Modularisierung werden die bisher jeweils für Data-Access, Historical-Access oder Alarms&Conditions erstellten Datenstrukturen nur noch einmal je Objekt im SPS-Quellcode vorbereitet.

Sukzessive werden die über rund 1.400 km² verteilten Abwassser- und Wasser-Stationen auf OPC UA umgestellt.

Sukzessive werden die über rund 1.400 km² verteilten Abwassser- und Wasser-Stationen auf OPC UA umgestellt.ZWAV, M&S Fotodesign – Fotolia.com

Die Konfiguration wurde so gewählt, dass sich das Mapping der Prozessvariablen entsprechend ihrer Kategorien (zum Beispiel Online-Messwert oder historischer Trend eines Füllstands) in skalare Datenfelder erübrigt. Der DA-, HA- oder A&C-Zugriff geschieht direkt am Objekt, welches auf logischer Ebene eine physikalische Mess- oder Verbraucherstelle des R&I-Schemas (R&I: Rohre& Instrumentierung) abbildet. Das erlaubt beispielsweise den HA-Zugriff auf ein Strukturelement, obwohl die gesamte Datenstruktur für den DA-Zugriff konfiguriert wurde. Mit diesen Maßnahmen auf Client- und Serverseite ist es möglich, die von OPC UA unterstützte Übertragung komplexer Datenstrukturen zu nutzen, um den Aufwand für die Anbindung einer Anlage an ein Scada-System oder die Erstellung einer Prozessvisualisierung zu verringern.

Um rechtzeitig mögliche Schwachstellen der Implementierung aufzudecken, wurde das Kommunikationskonzept validiert. Dazu wurde eine Scada-Software verwendet, die als Mindestanforderungen objektorientiertes Engineering und OPC UA unterstützt: ‚WebMI2ads‘ und ‚Atvise Scada‘ der Firma Certec.

Alle dezentralen Anlagen, angeschlossen über 2G- oder 3G-Mobilfunkrouter, befinden sich in einer geschlossenen Benutzergruppe und müssen sich an einem Accesspoint mit Nutzername und Passwort authentifizieren. Gemeinsam mit den ­Sicherheitsmechanismen von OPC UA gesorgt dies neben der Datenintegrität auch für Zugriffssicherheit auf die installierte Webvisualisierung der Embedded-PCs. Ein Nachteil dieser Konstellation: Der in Windows CE integrierte Browser kann keine skalierbaren Vektorgrafiken (SVG) darstellen, wie sie die Webvisualisierung benötigt.

Die Not zur Tugend erhoben

Allerdings entpuppt sich dieser Nachteil als Chance, einen weiteren Einspareffekt zu erzielen: Die lokalen Visualisierungen mit 5,7″-Control Panels lassen sich durch Smartphones ersetzen, ausreichende Verfügbarkeit des Mobilfunks vorausgesetzt. Mit einem Nokia-Handy Lumia 800 und dem in Windows Phone 7.5 Mango integrierten Internet-Explorer ist dies machbar. Diese Option hat dazu geführt, über die Visualisierung von morgen aus der Sicht eines Smartphones nachzudenken. Im ersten Schritt wurden von der Firma Ergosign HMI-Icons für die wichtigsten Anlagentypen entwickelt Der Nächste Schritt ist der Aufbau eines Bedienkonzepts über ein 3D-Grid.