Prozessvisualisierung und Netzmanagement wachsen zusammen (Stand 5-351) „Wir machen den Weg frei“ - wirautomatisierer

Prozessvisualisierung und Netzmanagement wachsen zusammen (Stand 5-351)

„Wir machen den Weg frei“

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Sowohl für die Projektierung und den Betrieb von Anlagen als auch für die Überwachung von Prozessen werden heute vorwiegend SCADA-Systeme eingesetzt. Mit dem Vordringen von Ethernet in den Produktionsbereich kommt ein weiteres Protokoll ins Spiel. Die Kommunikation zwischen Ethernet-Geräten und zentralen Netzmanagementstationen erfolgt in der Regel über SNMP. Wie können die IT- und die Automatisierungswelt zusammengeführt werden, und welche Vorteile bietet die Überwachung der Prozesse und des Kommunikationsnetzes in nur einem System?

Wolfgang Schenk (oben) ist Leiter des Vertriebs Zentral-europa und Klaus Reister (unten) Leiter der Entwicklung Netzwerkmanagement im Produktbereich Automa-tisierungs- und Netzwerk-systeme bei Hirschmann Electronics GmbH & Co. KG in Neckartenzlingen

Ethernet hat die Welt der Datenkommunikation nachhaltig verändert: Seit über zwanzig Jahren in der Bürovernetzung etabliert, ist dieses Protokoll inzwischen auch zur ers-ten Wahl für eine durchgängige Daten-übertragung in industriellen Netzwerken geworden. Dazu beigetragen haben sowohl moderne Standards wie Switched-Ethernet und Full-Duplex-Übertragung als auch die Möglichkeit der Priorisierung von „harten“ Echtzeit-Daten, eine skalierbare Bandbreite von 10 Mbit/s bis zu über 1 Gbit/s sowie die beliebige Kaskadierbarkeit der Switches und die daraus resultierenden Ausdehnungsmöglichkeiten der Netze. Da Ethernet ebenso wie das Internet Protokolle der TCP/IP-Familie nutzt, können Switches u.a. über Web-basierte Browser konfiguriert und überwacht werden. Die Kommunikation zwischen den einzelnen Netzkomponenten und der Netzmanagementstation des Adminis-trators erfolgt dabei meistens über das Familienmitglied SNMP (Simple Network Management Protocol).
Ethernet verändert die Prozessautomatisierung
Die höchsten Wachstumsraten verzeichnet Ethernet zurzeit im Bereich der Prozessautomatisierung. Dort werden zur Visualisierung wichtiger Informationen hauptsächlich SCADA-Systeme (Supervisor Control and Data Acquisition) eingesetzt. Angeboten werden solche Sys-teme etwa von Intellution, Wonderware, Iconics, Siemens, General Electric, Rockwell oder ABB. Mit diesen Software-Tools hat das Personal an den Leitständen die Prozesse ständig im Blick. Darüber hinaus ist es möglich, die Prozess-Daten auch unternehmensweit zur Verfügung zu stellen, wodurch die Effizienz und damit die Rentabilität der Produktion gesteigert wird.
Zwar wird der Verlauf der Prozesse ebenso wie der Zustand einzelner Anlagen in den SCADA-Systemen exakt erfasst, jedoch nicht der Zustand des Netzwerks. Denn dafür sind in der Regel Netzwerkmanagement-Plattformen wie HP Openview, IBM Tivoli Net View, Sun Netmanager oder herstellerspezifische Netzmanagementapplikationen zuständig. Obwohl Ethernet-Netzwerke eine hohe Betriebssicherheit aufweisen – dazu tragen etwa spezielle Redundanzmechanismen bei, die im Störfall schnell auf eine alternative Verbindung umschalten –, sollte das Personal an den Anlagen stets über den Status des Kommunikationsnetzes informiert sein. Auch der Ausfall einer Stand-by-Komponente muss unverzüglich gemeldet werden, da sonst eine Unterbrechung des Produktionsprozesses droht.
Einen Ansatz für die Zusammenführung von SCADA-Systemen und Netzwerk-management bilden SNMP/OPC-Gateways (Object Linking and Embedding for Process Control, OPC). Über diese Gateways können die Diagnoseinformationen der aktiven, managebaren Netzkomponenten (Switches, Hubs, Router) an das SCADA-System weitergeleitet und dann auf einem Bildschirm dargestellt werden. Damit erhält das Personal an den Anlagen diese Informationen auf der gewohnten SCADA-Benutzeroberfläche. Zusätzlich lassen sich etwa Diagnosedaten in Langzeitstatistiken und Betriebsprotokollen ablegen, wodurch etwa Fehler leichter lokalisiert werden können.
Mit Hilfe von SNMP/OPC-Gateways werden also die SNMP-Daten in die OPC-Welt transportiert. Genauer: Die Gateways übersetzen die von den einzelnen Netzwerkkomponenten jeweils in einer Management-Information-Base gesammelten und bereitgestellten Daten in so genannte OPC-Tags, die wiederum von einem OPC-Server für angeschlossene OPC-Clients des SCADA-Systems zur Verfügung gestellt werden. Bei diesen Daten kann es sich pro Gerät um Hunderte von verschiedenen Parametern handeln. Deshalb erfordert die Auswertung nicht nur spezielle Kenntnisse über die jeweiligen Netzkomponenten, sondern ist auch aufwendig und nicht frei von Fehlern.
Überwachung von Datennetz und Prozessen
Eine einfache und komfortable Einbindung von SNMP-Daten in SCADA-Systeme ermöglichen dagegen spezielle Tools wie etwa die Netzmanagement-Diagnose-Software HiVision von Hirschmann Electronics, die in der Windows-Variante über einen integrierten OPC-Server verfügt, der die Spezifikationen OPC-Alarm/ Event und OPC-Data-Access unterstützt. Die Software ermittelt aus der Flut von Geräte-Parametern für jede Komponente einen Gesamtstatus, der auf dem Bildschirm über die Information OK, Warning oder Error angezeigt wird. Umgekehrt können Netzkomponenten auch Ereignisse – so genannte Traps – aktiv melden und so eine Veränderung des Gerätestatus herbeiführen.
Über den OPC-Server werden die Gerätestati den SCADA-Systemen zur Abfrage via OPC-Data-Access bereitgestellt. Die Einbindung in das SCADA-System reduziert sich somit auf lediglich einen OPC-Tag pro Gerät. Werden weitere Informationen über das Gerät benötigt, kann das HiVision-Abbild der Netzkomponente von der SCADA-Software aus aufgerufen werden. Ein Wechsel zwischen den beiden Applikationen ist also nicht mehr erforderlich. Damit ist es erstmals möglich, ohne gerätespezifisches Wissen sowohl die volle Darstellung als auch den aktiven Zugriff auf Ethernet-Netzgeräte zu realisieren.
Ethernet-Komponenten in SCADA-Systemen
Seitdem Ethernet bis in den Fertigungs-bereich vorgedrungen ist, teilen sich SCADA-Systeme und Netzwerkmanagementsoftware diese Aufgabe. Die einheitliche Darstellung der Informationen aus beiden Systemen leistet einen wichtigen Beitrag, um vor Ort Probleme schnell zu erkennen und zu beheben. Zwar lässt sich das Netzmanagement mit Hilfe von SNMP/OPC-Gateways in die SCADA-Benutzeroberfläche einbinden, aber die Vielzahl der auf diesem Weg übermittelten Geräte-Parameter stellt hohe Anforderungen an die IT-Kenntnisse des Personals vor Ort. Eine spezielle Netzmana-gement-Diagnose-Software wie HiVision ermöglicht dagegen eine komfortable Integration von Ethernet-Komponenten in SCADA-Syteme, da die Software die Geräte-Parameter auswertet und lediglich den Gesamtstatus anzeigt. Einer integrierten Prozessvisualisierung und damit einer breiten Akzeptanz von Ethernet-Lösungen bei Anlagenbetreibern steht also nichts mehr im Weg.
OPC – Schnittstelle für die Prozessvisualisierung
OLE For Process Control (OPC) hat sich im Automatisierungsbereich sowohl für die Konfiguration und Diagnose von Prozessen als auch für deren Visualisierung als Standard etabliert. Diese Schnittstelle basiert auf der Object Linking and Embedding Technologie (OLE) von Microsoft, die heute unter der Bezeichnung Distributed Component Object Model (DCOM) bekannt ist.
OPC beinhaltet eine Reihe von Spezifikationen. Zwei davon spielen eine wichtige Rolle für die Visualisierung von Netzkomponenten in SCADA-Systemen:
Die OPC-Data-Access-Spezifikation ermöglicht eine in der Regel zyklische Abfrage (Polling) von Daten eines OPC-Servers durch einen OPC-Client, der in den meisten SCADA-Systemen vorhanden ist.
Bei der OPC-Alarms-and-Events-Spezifikation ist ein Daten-Polling nicht erforderlich, da die Ereignisse vom OPC-Server aktiv an den OPC-Client und damit an das SCADA-System weitergeleitet werden.
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