Kaum etwas bewegt sich in der Industrie so schnell wie die Entwicklung der Mensch-Maschinen-Schnittstelle (HMI) und die Möglichkeiten der Bereitstellung prozessbezogener Informationen. Heute sollen möglichst viele Personen – je nach Benutzerrecht – orts- und geräteunabhängig über gängige Webbrowser Zugang zu einer modernen Visualisierung haben. In diesem Zusammenhang wurde Certec oft mit der Frage konfrontiert, ob nicht eine geeignete Hardware in Kombination mit dem Scada-Produkt Atvise lieferbar sei.

Die Topologie: Mit der integrierten Box ist ein sicherer Zugriff auf Anlagen möglich – unabhängig vom Aufenthaltsort oder dem verfügbaren Bediengerät.

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Das Unternehmen hat jetzt darauf reagiert und die Atvise Box vorgestellt. Aber wann macht der Einsatz der Hardware- und Software-Lösung Sinn? Vor allem als kostengünstige Funktionserweiterung neuer Anlagen oder abgesetzter Stationen. Oder aber, wenn bestehende Anlagen mit zum Teil veralteter technischer Plattform nicht einer steuerungstechnischer Generalsanierung unterzogen werden sollen und der Anwender auf einem einfachen Weg in den Genuss modernster Visualisierungs- und Scada-Technik kommen will. Es lassen sich die unterschiedlichsten Architekturen umsetzen. Dabei können eine oder mehrere Steuerungen im Verbund mit der Atvise Box stehen und deren Dienste nutzen. Durch die Client-Server-Architektur ist der Aufbau hierarchischer Topologien möglich. Mehrere Box-Module lassen sich weiteren Scada-Systemen unterordnen. Präferiert wird hierbei das hauseigene Scada-System, da sich hie­rüber OPC-UA-konforme Mechanismen synchronisieren lassen und sich auch beim Engineering durchgängige Synergien ergeben.

Die Handhabung für den Anwender ist einfach: Das kompakte Modul wird mit wenigen Handgriffen auf die Hutschiene des Schaltschranks montiert und mit dem Netzwerk verbunden. Damit steht der Applikation eine HMI- und Scada-Software zur Verfügung, die bereits vollständig vorinstalliert und konfiguriert ist. Die Visualisierung lässt sich dadurch End­geräte-unabhängig mit jedem gängigen Browser ohne Zusatzsoftware oder Plug-ins aufrufen, bietet damit auch grafische Vorzüge wie verlustfrei zoombare Vektorgrafiken und unterstützt Multitouch-Funktionalitäten, wie sie in Zukunft von allen HMIs erwartet wird. Ein weiterer Pluspunkt der Software- und Hardware-Kombination ist das einfache und schnelle Umsetzen von Projekten. Dies wird einerseits durch vorkonfigurierte Standardobjekte und Dynamisierungsmethoden erreicht, andererseits durch eine konsequente Umsetzung der Lösung auf OPC-UA-Basis. Damit steht nicht nur eine entsprechend intelligente Kommunikationsschnittstelle zur Verfügung, sondern auch technologische Vorzüge, wie objektorientiertes Engineering, inklusive des Instanziierens von Objekten und der Vererbung von Eigenschaften.

Professionelle Hardware und Linux

Das Herz der Hardware ist ein kompakter Industrie-PC in einem lüfterlosen Aluminiumgehäuse, bestückt mit einem Atom-1,6-GHz-Prozessor und bis zu 64 GByte Wechseldatenspeicher. Als Betriebssystem wurde Linux gewählt. Alles, was auch für den sicheren Remote-Zugriff notwendig ist, inklusive VPN und Firewall, ist onboard. Dieser PC dient als robuste Plattform und verbindet sich mit den vorkonfigurierten Schnittstellen sowohl mit einer Siemens-S7-300/400-SPS als auch via OPC UA zu einer Vielzahl kompatibler Steuerungen.

Konfiguration und Engineering

Vorteil der integrierten Lösung: Eine einfache Konfiguration per Assistent: Er verbindet sich über den Webbrowser mit der Box.

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Zur Bedienung und Konfiguration gibt es eine eigene Bedienoberfläche, die den Umgang mit Linux im Zusammenspiel mit dem vorinstallierten Scada-System über den Webbrowser gestaltet. Mit dem Tool lassen sich auch entsprechende Konfigurationsdateien für die Firewall und das VPN anpassen und einspielen. Das Abrufen von Logies und Systeminformationen wird ebenso unterstützt wie das Konfigurieren der beiden Ethernet-Ports. Das Gerät kann darüber hinaus als Blackbox eingesetzt werden, denn alle Zugänge und Dateien lassen sich entsprechend mit einem Passwort schützen und verhindern somit einen ungewollten Zugriff.

Projekte können entweder direkt auf der Box parametriert, oder auf einem externen PC vorbereitet werden, die Runtime lässt sich mit Hilfe der mitgelieferten Konfigurationssoftware einspielen. Das Konfigurieren einer S7 oder einer OPC-UA-Anbindung ist integrativer Bestandteil des Engineeringtools. Die entsprechenden Werk­zeuge sind in der bekannten Produkt-Umgebung eingearbeitet und erlauben ein einfaches Einbinden der jeweiligen Steuerungen in das Projekt.

Native Webtechnologie versus webbasierend

Das Engineering Tool erlaubt das Parametrieren sowohl off- als auch online.

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Das Web bietet mit seinen Browsern viele Vorteile beim Bedienen und Beobachten von Anlagen und Prozessen, doch ist beim Auswahlprozess der Tools sehr genau auf die Wortwahl zu achten. Es gibt einen großen Unterschied zwischen „nativer Webtechnologie“ und „webbasierter“ Mensch-Maschine-Schnittstelle. Da Atvise in nativer Webtechnologie umgesetzt ist, benötigt man für das leistungsstarke HMI als Anwender keinerlei zusätzliche Software-Installationen oder Plug-ins wie Java, ActiveX, Flash oder Silverlight. Aber nur native Webtechnik benötigt tatsächlich ausschließlich einen Standard-Webbrowser und sonst nichts! Nur dann besteht die freie Wahl, mit welchem Gerät Sie Ihre Visualisierung aufrufen: Windows PC, Blackberry, unterschiedliche Android- und Apple-Geräte oder Industrie-Panels. Bei webbasierenden Technologien sollte immer hinterfragt werden, welchen Einschränkungen der Zugriff via Web unterliegt, um so bösen Überraschungen vorzugreifen. Viele der webbasierten Technologien arbeiten mit Hilfsmitteln, die oft nur eine beschränkte Lebensdauer haben. Native Webseiten, die vor 20 Jahren erstellt wurden, funktionieren auch heute noch mit jedem Webbrowser.

Ortsunabhängiger Zugriff

Über den Konfigurationsassistent lassen sich alle Logs einfach auslesen.

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Unbestritten ist, dass mit einem orts- und geräteunabhängigen Zugang zum HMI und mit entsprechenden Darstellungsmöglichkeiten die Effizienz der ausführenden Techniker und somit auch die Verfügbarkeit von Anlagen gesteigert werden. Bei Atvise kann grundsätzlich jeder im Unternehmen – gesichert durch das integrierte User- und Rechteverwaltungssystem – seine entsprechenden Visualisierungen im Browser darstellen. Somit kann nach erfolgreicher Integration der Box zum Beispiel das Service- und Instandhaltungspersonal ortsunabhängig auf die Anlage zugreifen. Alarme, Logs und Trends können aufgerufen, historische Daten verglichen, die Anlage gegebenenfalls bedient und darüber hinaus auf dem Speicher der Box abgelegte PDFs mit Wartungsinformationen abgerufen werden. Die PDFs werden hierbei in der Visualisierung aufgerufen und im Browser dargestellt.

Unabhängig davon lassen sich gleichzeitig lokale Visualisierungen auf unterschiedlichen Panels direkt vor Ort umsetzen und parallel ein oder mehrere Leitstände mit einer HMI versorgen. Dort kann das Bedienpersonal dieselbe Visualisierung aufrufen wie sie das Servicepersonal sieht. So ist eine effiziente Zusammenarbeit möglich.

Zudem können dem Management oder Investoren Informationsportale mit entsprechend aufbereitetem Informationsgehalt (KPIs) jederzeit zur Verfügung gestellt werden – egal ob über Smartphone, Tablet-PC oder Notebook.

OPC UA hat sich bewährt

Soll eine Anlage modernisiert und diese auch steuerungstechnisch komplett neu gestaltet werden, sollte man eine Umsetzung auf Basis von OPC UA in Betracht ziehen. Es gibt eine Vielzahl von Steuerungsanbietern, die diesen Standard unterstützen. Die Vorzüge die sich daraus ergeben, lassen sich anhand des Scadas gut skizzieren: Wird an ein konformes SPS-System via OPC UA angedockt, so können alle Objekte und deren Instanzen 1:1 in das Scada übernommen werden. Diese Objekte aus der übernommenen Datenstruktur können nun um Alarme, Historisierung sowie Displays für die Visualisierung im Scada ergänzt werden und lassen sich in Folge durch Vererbung an die Instanzen weitergeben.

Die Vorteile einer durchgängig OPC-UA-basierten Umsetzung sprechen für sich: Datenpunktlisten müssen nicht doppelt geführt werden und zeitaufwendige Export-/Import-Prozesse oder Mehrfacheingaben gehören der Vergangenheit an. In der Programmierung wirken sich die Vorteile einer reduzierten Komplexität und damit besseren Lesbarkeit und leichteren Inbetriebnahme sowie die automatische Übernahme von Änderungen in alle verknüpften Systeme besonders aus. Solch ein Luxus ist beim Engineering in der Automatisierungstechnik noch lange nicht selbstverständlich!

Da der Atvise-Server außerdem ein OPC-UA-Server ist, stellt er – wenn gewünscht – alle seine Daten externen Fremdsystemen, wie zum Beispiel Betriebsführungssystemen, offen und standardisiert zur Verfügung. Die histori­sierten Daten können entsprechend via OPC UA abgefragt werden. Des Weiteren bietet OPC UA ein integriertes Sicherheitskonzept, basierend auf aktuellen internationalen Standards. Authentifizierung und Verschlüsselung sind im UA-Stack enthalten.

Autor: Ronald Düker leitet das Produkt-Marketing bei Certec.