Robuste Notebooks ersetzen die konventionelle Handbedienebene.

© Veltins

Beim Verlassen der Funkzellen führt dies zwar zum Abriss der Kommunikationsverbindung mit dem Server, diese Beeinträchtigung lässt sich jedoch durch ein unkompliziertes Anmeldeverfahren, das den Bediener wieder direkt mit dem zuvor verlassenen Dialog verbindet, weitgehend kompensieren.

Zum Aufbau des WLAN im Rahmen des Projektes entschied sich Veltins dafür, Wireless-Switching einzusetzen: In diesem Fall läuft auf den Access-Points keine eigene Logik. Die Geräte senden und empfangen nur die Funksignale nach IEEE 802.11bg und tauschen diese über Standard-Ethernet-Netzwerk mit dem zentralen Controller im Rechenzentrum aus. Die IT spricht bei dieser Technologie auch von Access-Ports.

Diese Geräte verursachen keinen administrativen Aufwand und brauchen bei der Installation nur an das Ethernet- Netzwerk angeschlossen werden, zumal deren Stromversorgung gemäß IEEE 802.3af (Power over Ethernet) erfolgt. Da der Controller im Rechenzentrum die komplette Kommunikation abwickelt, konzentriert sich die Administration, beispielsweise die Netzwerk- Konfiguration, die Herstellung der Netzwerksicherheit oder das Policy- Management, ausschließlich auf diesen zentralen Ort. Das WLAN im Bereich Gär- und Lagerkeller umfasst insgesamt drei Thin-Clients für die mobile Bedienung und 38 Access-Ports, die fast alle an einen Switch angebunden sind. Der gesamte Bereich GK/LK verfügt über zwei Ethernet-Switches mit jeweils 48 Ports.

Typischer Ventil-Steuerungsschrank für 48 Ventile. Die Feldebene ist dezentral an Simatic ET200-M-Baugruppen angeschlossen und über Profibus-DP mit der Prozesssteuerung, in diesem Fall mit einer S7-416, verbunden.

© Veltins

Veltins setzt hinsichtlich der Netzwerk-Komponenten auf Geräte der Firma Trapeze Networks, einem der ersten Hersteller von Wireless- Switching-Lösungen. Zudem fertigt das Unternehmen Komponenten für Anbieter wie Enterasys und 3Com. Da Veltins bereits LAN-Komponenten von Enterasys einsetzt, wurden für das WLAN-Projekt die Trapeze-Access- Ports ausgewählt, auch um vom einheitlichem Support für LAN und WLAN zu profitieren. Bei den Thin-Clients für die Bedienung wurden wegen ihrer Robustheit und den bisherigen positiven Erfahrungen aus anderen Betriebsbereichen Toughbooks der Firma Panasonic ausgewählt.

Die Toughbooks arbeiten auf Basis der Betriebssysteme Windows XP beziehungsweise CE. Auf diesen Systemen sind keinerlei zusätzliche Installationen oder Lizenzen für die Prozessdarstellung erforderlich. Sämtliche Prozessbilder, Parameter, Programm- und Aggregatzustände stellt ein Bedienserver zur Verfügung, der ausschließlich für diesen Zweck installiert wurde. Auf diesem Server ist als Applikation eine Aprol-Operator-Station installiert und lizenziert. Die Operator-Station ist so konfiguriert, dass bis zu sieben „DisplayCenter“ gleichzeitig geöffnet werden können. DisplayCenter heißt im Leitsystem Aprol das zentrale Tool zur Führung und Visualisierung einer Anlage. Die Anforderungen, welche dieser Server an die Hardware-Plattform stellt, halten sich in einem überschaubaren Rahmen: Für die beschriebenen Aufgaben reicht ein Standard- PC mit Intel Dual-Core-Prozessor (2,66 GHz Prozessortakt) und 4 GByte Arbeitsspeicher aus. Es sollte auch eine Lösung auf Basis einer virtuellen Maschine möglich sein, diese Variante wurde bislang jedoch nicht mit der laufenden Aprol/ Linux-Version getestet.

Linux-Leittechnik mit Windows-Clients gekoppelt

Der Zugriff der windows-basierten Thin-Clients auf den Bedienserver erfolgt über ein Remote-Desktop-Protokoll. Um dieses Protokoll nutzen zu können, muss auf dem Bedienserver (Linux) das XRDP-Paket installiert sein. XRDP ist ein Open- Source-Server, der das Remote-Desktop- Protokoll in eine Unix-Umgebung beziehungsweise in Unix-Derivate implementiert.

Über Toughbooks und WLAN stehen vor Ort sämtliche Bedienfunktionen des Leitsystems zur Verfügung. Die unterschiedliche Auflösung der Projektbilder des Leitsystems und der Bedien-Notebooks lässt sich über die Zoomfunktion kompensieren.

© Veltins

Dieses lizenzfrei verfügbare Programmpaket (http://xrdp.sourceforge. net/) emuliert einen RDP-Server und stellt dessen Anzeigefläche über Ethernet dem autorisierten und verbundenen RDP-Client zur Verfügung. Somit hat der Anlagenbediener per RDP-Mechanismus vom Toughbook aus über den Bedienserver Zugriff auf sämtliche Leitsystem-Applikationen im Bereich Gär- und Lagerkeller.

Außer der einmaligen Installation und Einrichtung des Bedienservers ist kein nennenswerter zusätzlicher Administrationsaufwand notwendig. Für diese Art der Bedienung und Beobachtung von Produktionsabläufen durch Anlagenbediener gelten ohne zusätzlichen Engineering-Aufwand die gleichen Rechte-Strukturen wie für die Bedienung und Beobachtung über feste Operator-Stationen. Die Performance ist ebenfalls vergleichbar, da nur die Übertragungszeit der Bilder und Bedienaktionen über das Netzwerk und die Funkstrecke hinzukommen. Die empirisch ermittelten Reaktionszeiten liegen für Bildwechsel und Ansteuerungen von Stellgliedern unter 2 Sekunden, der Verbindungsaufbau zum Bedienserver erfolgt in weniger als fünf Sekunden.

Lediglich ein Kompromiss zwischen Handhabbarkeit und Präzision in der Darstellung war notwendig: Die Toughbooks haben Displays mit 10,4 Zoll und einer Auflösung von 1024 × 768 Pixel. Dies passt nicht ganz zu den Projektbildern im Leitsystem, die für eine Auflösung von 1280 × 1024 Pixel optimiert sind. Das Aprol-System skaliert diese jedoch auf andere Auflösungen, so dass keine manuelle Anpassung erforderlich ist und damit auch kein zusätzlicher Engineering- Aufwand entsteht. Allerdings fällt das Schriftbild auf den Toughbooks mitunter sehr klein aus. Für eine genauere Detaildarstellung kann der Anlagenbediener im DisplayCenter bei Bedarf eine Zoom-Funktion anwählen und diesen Nachteil somit entschärfen.

Mobile Handbedienebene wird akzeptiert

Der Austausch von Prozessleitsystemen mit den bekannten Begleiteffekten wie häufige Ablaufstörungen in der Inbetriebnahme sowie dem neuem Look-&- Feel löst erfahrungsgemäß zunächst fast immer eine eher ablehnende Haltung bei den Bedienern aus. Seit Abschluss des Gesamtprojekts hat nach anfänglicher Kritik die Umstellung Akzeptanz gefunden.

Aus technischer Sicht lässt sich eindeutig feststellen, dass die ersetzte Handebene durch die WLAN/HMI-Lösung mehr als kompensiert wurde: Der Anlagenbediener kann heute mehr als nur Ventile am Steuerschrank an- und absteuern. Er erhält vor Ort sämtliche Informationen, die ihm das Leitsystem zur Verfügung stellt. Die wirtschaftliche Betrachtung der vorgestellten Umstellung fällt ebenfalls zweifelsfrei zugunsten der WLAN-Variante aus. Die Brauerei Veltins hat bereits 2003 die ersten Schritte zum Aufbau eines WLAN in Produktionsanlagen unternommen. Im Bereich Logistikzentrum wurde zunächst ein örtlich begrenztes WLAN für ein Gabelstapler-Informationssystem installiert. Eine Erweiterung des WLAN führte später zur Anbindung einer Mischform von Thin- und Web-Clients der Anlagenbediener an das Logistik-Prozessleitsystem.

Nach und nach wurde das WLAN auf die Verwaltung und weitere Betriebsbereiche – wie etwa den Gärund Lagerkeller – ausgedehnt. Gegenwärtig verfügt die Brauerei Veltins am Standort Meschede-Grevenstein über ein ausgedehntesWLANmit rund 130Access- Points und insgesamt vier redundanten WLAN-Controllern. Für die Zukunft ist die Einbindung aller bislang noch nicht integrierten Produktionsanlagen geplant.

Autor: Peter Hubal ist technischer Angestellter bei der Brauerei C.&A. Veltins in Meschede-Grevenstein.