SPS-übergreifende Visua­lisierung: Durch die Client-Server-Struktur kann ein Browser-Client über alle http-fähigen Kommuni­ka­tionskanäle, getunnelte Ver­bindungen oder serielle Tunnel-Ver­bindungen auf die Server zugreifen.

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In der klassischen Web-Visualisierung, wie sie heute auf vielen SPSen zur Verfügung steht, liegt das gesamte Visualisierungsprojekt auf dem Webserver in der SPS. Der Anwender kann dabei auch mehrere unterschiedliche Projekte auf den Webserver laden. Ein Webbrowser (Client), der sich mit dem Server verbindet, lädt zuerst die Visualisierungsseite und baut danach eine zyklische Datenkommunikation auf. Schreibbefehle werden eventorientiert direkt in die Steuerung geschrieben. Die Kommunikation zwischen dem Webserver und der SPS-Runtime übernimmt dabei ein Daten-server, der das jeweilige Protokoll der SPS versteht.

Mit diesem Ansatz realisieren Hersteller nicht nur eine klassische Touchpanel-Visualisierung, sondern erfüllen zugleich auch zahlreiche weitere Anforderungen. Zum einen befindet sich das Visualisierungsprojekt zusammen mit dem SPS-Projekt als zusammengehörende Einheit auf der Steuerung und kann von unabhängigen Clients geladen werden. Zum anderen sind für verschiedene Anwendungen unterschiedliche Seiten mit angepasster Auflösung und speziellem Inhalt erstellbar, und mehrere Anzeigensysteme können unabhängig voneinander unterschiedliche Visualisierungsseiten anzeigen. Durch URL-Sprünge des Browser-Clients kann das System „elegant“ zwischen den einzelnen Visualisierungen der Einheiten wechseln.

Der nächste Schritt ist eine SPS-übergreifende Darstellung von einzelnen Variablen oder der ganzen Visualisierungs­seiten sowie der Projekte. Zur Gesamtdarstellung einer Maschine oder Anlage in Übersichtsseiten und zur Erfassung von Alarmen sowie von Daten aller Steuerungen ist dieser rein SPS-basierte Web-Visu-Ansatz allerdings nicht geeignet. Denn es müssten mit einer Kopfsteuerung alle Datenpunkte von den nachgeordneten Steuerungen gesammelt und diese dann wiederum in eine Haupt­visualisierung eingebracht werden. Dies würde jedoch zusätzliche Arbeit und Redundanz im Gesamtsystem bedeuten, was intelligente Konzepte im Interesse der Fehlerminimierung und Wartungsfreundlichkeit aber unbedingt vermeiden sollten.

Der SCADA-Webserver kann auf die Variablen und Visuali­sierungen aller erreich­baren Steuerungs-Webserver zugreifen und zentrale Visualisierungs- und Datenerfassungsfunktionen (SCADA) übernehmen.

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Um steuerungsübergreifend Maschinen- oder Anlagenvisualisierung zu betreiben, ist ein Webserver mit SCADA-Funktionen notwendig. Als Erweiterung zu einem einfachen Embedded-Webserver auf der SPS hat ein SCADA-Webserver einen Datenserver, der nicht nur auf die lokalen SPS-Daten zugreift, sondern gleichzeitig über unterschiedliche Protokolle mit mehreren nachgeordneten Steuerungen kommunizieren kann. Außerdem ist ein SCADA-Webserver in der Lage, über Logger-Funktionen Alarmlisten zu führen und historische Trendaufzeichnungen bereitzustellen.

Wird der SCADA-Webserver auf einem Panel oder auf einem PC installiert, kann auf dem gleichen Rechner noch ein lokaler Browser betrieben werden, der auf eine lokale Webseite zugreift. Der SCADA-Webserver auf diesem System ist aber auch von weiteren Browser-Clients im Netzwerk nutzbar, um die auf diesem SCADA-Server hinterlegten HMIs anzuzeigen. Mit einem solchen SCADA-Webserver-Panel ist eine klassische Touchpanel-HMI-Lösung mit Anbindung an eine SPS auch über ein se-rielles Protokoll oder einen Feldbus realisierbar. Bereits hier beginnen sich die Vorteile abzuzeichnen: Dieselbe Panel-Hardware kann alle erforderlichen Funktionen ausführen. Dieselben Softwarekomponenten und ebenso die HMI-Projekte lassen sich wie Bausteine für ein beliebiges Einsatz-Spektrum zusammensetzen und wieder verwenden.

Die Stärke des Systems liegt in der Kombination von verteilten Modulvisualisierungen auf den mechatronischen Einheiten mit Anzeige- und Bedieneinheiten als Vor-Ort-Bedienpanels oder als Maschinenvisualisierungen auf einer Embedded-SPS, über PC-basierte Automatisierungsplattformen bis hin zu einem großen SCADA-Rechner. Erst diese Systemdurchgängigkeit und die hohe Skalierbarkeit ermöglichen ein solches Konzept mit vollständig autonomen und ausgetesteten Einheiten, die bei der Montage und Inbetriebnahme lediglich noch gekoppelt werden müssen.

In verteilten, modularen Strukturen, wie sie das Konzept der mechatronischen Einheiten erfordert, kann der durchgängig auf einem Webserver basierende Ansatz seine vollen Stärken aus­spielen.

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Projektspezifisch ist nur noch die SCADA-Webserver-Visualisierung zu realisieren. Wird diese entsprechend modular auf­gebaut, sind die nachgeordneten Module sehr schnell und einfach integrierbar. Im einfachsten Fall beinhaltet die SCADA-Visualisierung nur die Übersichtsbilder und das steuerungsübergreifende Alarming. Aus dieser Übersicht kann mittels URL-Jumps anstelle eines Bildwechsels auf die einzelnen Module gesprungen werden. Aus dem SPS-HMI wird danach einfach wieder auf die SCADA-Webserver-Visualisierung zurückgesprungen.

Essenziell ist es, dass bei der Projektierung solcher verteilten Konzepte ein Tool zur Verfügung steht, das in der Lage ist, komplexe Projekte in einen einheitlichen Designflow zu integrieren und dabei dem Benutzer den Überblick über das Gesamtprojekt zu bieten. Aus diesem Grund hat beispielsweise Baumüller sein bestehendes ProMaster-Engineering-Framework um die Web-Visualisierungskomponente ProViz erweitert. Mittels ProViz lassen sich Web-HMIs mit einem leistungsfähigen und einfachen Grafikeditor direkt auf den gewünschten Steuerungskomponenten projektieren.
Abhängig von der als Serverplattform vorgewählten Komponente kann der Benutzer dabei wählen, welchen Projekttyp (Webvisualisierung auf SPS, SCADA-Webserver etc.) er erzeugen möchte. Der im Grafikeditor integrierte Topologie-Editor erlaubt es, die bei einem SCADA-Webserver gewünschten Protokolle auszuwählen und zu konfigurieren. Der aufwendige Import der Variablenlisten oder gar deren Bearbeitung von Hand erübrigt sich, da das Engineering-Tool diese automatisch zur Verfügung stellt.

Somit erlaubt diese integrierte Programmiersoftware, den eingangs beschriebenen Anforderungen für den Aufbau von mecha-tronischen Einheiten Rechnung zu tragen – und dies sowohl bei der Entwicklung von neuen Maschinen und Anlagen als auch bei der Verwaltung bestehender Lösungen und insbesondere bei der Wiederverwendung von Subsystemen und deren Komponenten. Außerdem hat Baumüller bei der Entwicklung Wert darauf gelegt, dass ProMaster auch bestehende und ältere Systemkomponenten einbinden kann. Dafür wurden diverse Busprotokolle sowohl unter TCP/IP als auch über serielle Schnittstellen integriert. Da die Webvisualisierung auf Standard-Web-Technologien basiert, sind die damit entwickelten Visualisierungsseiten auf praktisch jede Client-Server-Plattform portierbar und sogar als App für iOS oder Android verfügbar.

Autoren: Peter Brügger ist Geschäftsführer der Firma Ininet Solutions in Muttenz (Schweiz), Marcel Bühner arbeitet als Applikationsleiter bei Baumüller Swiss in Frauenfeld.