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Maschinen- und Anlagenzustände, Verbrauchsdaten, Alarm- und Fehlermeldungen, Auftrags- und Qualitätsdaten oder Benutzerinformationen: Das sind nur einige der Informationen, die im Produktionsumfeld erfasst, aufbereitet und zur Verfügung gestellt werden. Die Mitarbeiter in der Produktion müssen auf Basis dieser Informationen entscheiden, wie die jeweiligen Aufträge effizient bearbeitet werden können, wie eine Störung schnell beseitigt werden kann und welche Möglichkeiten es gibt, die Produktivität in der Anlage zu optimieren. Das Scada-System soll die Mitarbeiter bei diesen Aufgaben möglichst effektiv und effizient unterstützen. Dazu muss es die Informationen durchgängig erfassen und dann sinnvoll strukturiert und übersichtlich für einen tiefen Einblick in die Produktion bereitstellen oder auch über Dashboards für abstraktere Informationen wie Kennzahlen zur Verfügung stellen können.
Parallel dazu müssen von der Leitwarte aus vielfältige Informationen zur Anlagenperformance möglichst in Echtzeit verarbeitet und bewertet werden, um die Produktivität der Anlagen und Maschinen optimal zu steuern. Dies bedingt wachsende Anforderungen an die Archivierung von Produktionsdaten. So müssen beispielsweise in der Nahrungsmittelindustrie Daten zu Rohstoffen und Verarbeitungsschritten aufgezeichnet werden, damit bei Bedarf ein Lebensmittel über alle Produktions- und Verarbeitungsstufen nachverfolgt werden kann. Entsprechend nimmt die Komplexität der Datenerfassung und -auswertung auf der Betriebsleitebene zu. Da Anlagen außerdem so konzipiert werden, dass sie vielseitig genutzt und leicht erweitert und modifiziert werden können, sollte sich auch das Scada-System entsprechend einfach anpassen lassen.
Diese Anforderungen der Produktion lassen sich zu drei zentralen Forderungen an ein Scada-System zusammenfassen:
- Nutzerfreundlichkeit,
- Verfügbarkeit und
- Skalierbarkeit.
Insbesondere die Aspekte der Nutzerfreundlichkeit und Skalierbarkeit betreffen dabei nicht nur den Anlagenbetreiber: Für die Maschinen- und Anlagenbauer oder Systemintegratoren wird es angesichts der stetig wachsenden Anforderungen an die Leistung und Funktionalität immer wichtiger, dass sich Scada-Systeme einfach realisieren und modifizieren lassen und die Arbeit der Entwickler mit Tools unterstützen, die Routineaufgaben vereinfachen, Fehler vermeiden und so den Aufwand für die Projektierung reduzieren.
Einfache Projektierung und transparente Strukturen
Für den Maschinen- und Anlagenbauer besteht dabei eine der Herausforderungen, das notwendige Know-how für die Projektierung der Komponenten in der Automatisierung, Visualisierung und Überwachung vorzuhalten und zu pflegen. Wenn sich sowohl die Scada-Lösung als auch die Automatisierungslösung mit einem gemeinsamen Werkzeug projektieren lassen, ist dies ein entscheidender Beitrag, um den Aufwand für Engineering, Schulung, Wartung und Pflege der Maschinen und Anlagen zu reduzieren. So unterstützt Siemens mit dem Engineeringframework TIA Portal die durchgängige Projektierung von Automatisierungslösungen mit Simatic-Controllern bis hin zum Scada-System Simatic WinCC Professional. Gemeinsame Datenhaltung und intelligente Werkzeuge tragen dabei maßgeblich dazu bei, den Aufwand für das Engineering deutlich zu verringern.
Beispielsweise kann der Projektierungsingenieur die entsprechend strukturierten PLC-Daten direkt in WinCC übernehmen und direkt bei der HMI-Projektierung verwenden. Die Synchronisierung stellt beispielsweise sicher, dass Änderungen in der PLC automatisch auch im HMI-Projekt verfügbar sind. Dadurch müssen Daten nicht mehr mehrfach eingegeben werden, so dass eine typische Quelle für Fehler im Engineering eliminiert wird und die Projektierung schneller und in höherer Qualität abgeschlossen werden kann. Dank eines übergreifenden Bibliothekskonzeptes lassen sich auch anlagen- oder kundenspezifische Standards einfach implementieren. Auch globale Anwendungen können einfach umgesetzt werden: Die Anzeigesprache kann unabhängig vom Betriebssystem ausgewählt werden, und Texte und Meldungen lassen sich auch in mehreren Sprachen anzeigen – wichtig insbesondere in internationalen Projektteams, wo Projektierung, Inbetriebnahme und Schulung der Anlagenbediener in unterschiedlichen Sprachen stattfinden.
Werkzeuge für nutzerfreundliches, intuitives Design
Im Betrieb ist die übersichtliche, situationsgerechte Darstellung der Informationen das zentrale Element für die Nutzerfreundlichkeit. Dabei sind mittlerweile die Erwartungen der Anwender hoch – neben einer attraktiven Optik sollen die Oberflächen auch ohne aufwändige Schulung oder Einarbeitung bedienbar sein und auf verschiedenen Endgeräten ein einheitliches Look & Feel bieten. Beim Erstellen der Visualisierung kann der Maschinen- oder Anlagenbauer zudem wiederkehrende Aufgaben automatisieren: Mit dem Simatic Visualization Architect (SiVArc) lassen sich HMI-Objekte wie Variablen, Bilder und Bildobjekte einfach automatisch auf Basis des SPS-Programms und einer HMI-Bibliothek generieren. Da die Daten für Visualisierung und Automatisierung miteinander verknüpft sind, werden auch Änderungen im zugrundeliegenden SPS-Programm automatisch nachgezogen. Dadurch lassen sich auch komplexe Visualisierungen schnell erstellen und anpassen – in einem Test konnten mehr als 75.000 Objekte in weniger als 10 min generiert werden.
HMI-Bibliotheken lassen sich ebenfalls kunden- oder anwendungsspezifisch definieren, so dass der Projektierungsingenieur ohne großen Aufwand standardisierte, einheitliche Lösungen für einen Anlagentyp oder einen bestimmten Anwender umsetzen kann. Für eine Reihe von typischen Anwendungen, etwa Zeit- oder mathematische Funktionen, stehen frei verfügbare Applikationsbeispiele, bestehend aus optimierten Bausteinen für SPS- und HMI-Designelementen für eine intuitive Bedienung zur Verfügung. Für die schnelle Implementierung können diese – ohne großen Aufwand – für durchgängige Lösungen von Panels bis zu einer PC-basierten Visualisierung genutzt werden.
Situationsgerechte Darstellung von Informationen
Neben der ‚klassischen‘ produktionsnahen Übersicht auf Anlagenzustand und -produktivität gibt es gerade im Zuge der Digitalisierung den Bedarf, Produktionsdaten auch außerhalb der eigentlichen Produktion zu nutzen – zum Beispiel für standortübergreifende Analysen oder eine optimierte Planung von Aufträgen und Wartungsmaßnahmen. Aber auch der flexible Zugriff auf die Informationen im Scada-System über mobile Enderäte – wie beispielsweise Smartphones oder Tablets – gewinnt zunehmend an Bedeutung, insbesondere zur schnellen Diagnose bei Anlagenstörungen. Auf diese Weise kann sich der Mitarbeiter in der Bereitschaft schnell einen Überblick verschaffen, wo die Ursache des Fehlers liegt und entsprechende Maßnahmen einleiten – zum Beispiel bei einfachen Problemen den Anlagenbediener vor Ort dabei unterstützen, die Störung selbst zu beheben, oder bei komplexeren Fehlern noch von unterwegs einen Spezialisten anfordern. Dadurch können Störungen noch schneller und effizienter behoben werden, was die Anlagenproduktivität steigert.
Simatic WinCC Professional unterstützt für diese Aufgaben den Zugriff über Webtechnologien. Standardmäßig beinhaltet WinCC Professional eine kostenfreie Lizenz für den Fernzugriff über WinCC WebUX, mit der Informationen der Anlage angezeigt werden können. So stehen einem Mitarbeiter auf beliebigen Geräten und Webbrowsern jederzeit alle wesentlichen Produktionskennzahlen und Produktionsinformationen wie System- und Prozessmeldungen oder Trends zur Verfügung und auch steuernde Eingriffe sind, bei entsprechender Berechtigung, möglich. Von einem umfassenden Fernzugriff für volles Bedienen und Beobachten mit dem WinCC WebNavigator profitieren insbesondere die Betreiber von räumlich verteilten Anlagen – durch mehr Flexibilität der Bedienterminals, beispielsweise wenn robuste, festplattenlose Thin-Clients eingesetzt werden sollen.
Deutlich mehr Effizienz in der Wartung bietet die standardisierte Prozessdiagnose des TIA Portals. Dank der nahtlosen Integration zwischen Simatic WinCC Professional und der Automatisierungsebene kann der Anwender direkt in der Visualisierung über die Störmeldung das SPS Programm anzeigen. Dort werden der gestörte Operand und dessen Verriegelungsbedingungen, beispielsweise die Position eines Produktes, angezeigt und der Bediener erhält umfangreiche Informationen zu Fehlerort, Fehlerursache und Hinweise zur Fehlerbehebung – ohne dass er dafür ein spezielles Programmiergerät benötigt. Damit kann er deutlich schneller als bisher entsprechende Wartungsmaßnahmen einleiten beziehungsweise ausführen. Durch die integrierte Synchronisation sind auch bei nachträglichen Änderungen im Steuerungsprogramm keine Anpassungen in der Visualisierung erforderlich.
Leistungsfähige Plattform für transparente Prozesse
Diese standardisierte Prozessdiagnose ist nur ein Baustein, mit dem Simatic WinCC Professional als modernes Scada-System für mehr Transparenz in der Anlage sorgt. Die nahtlose Skalierbarkeit vom Einplatz- bis hin zum Client-Server-Mehrplatzsystem, auch mit redundanten Servern für maximale Verfügbarkeit, machen das System zu einer flexiblen und zukunftssicheren Plattform für die Überwachung und Steuerung von Prozessen. Das System ist zudem in der Lage, sich wachsenden oder neuen Anforderungen anzupassen. Die Möglichkeit, mit einem entsprechenden Industrie-PC Multi-Monitor-Lösungen zu realisieren, sorgt auch in Leitwarten für optimalen Überblick.
Abgerundet wird die Scada-Funktionalität durch den Simatic Process Historian als übergreifendes Langzeitarchiv. Dieser kann auch Daten aus verschiedenen WinCC-Systemen mit unterschiedlichen Versionen in einer zentralen Datenbank zusammenfassen, so dass der Anlagenbetreiber auch in Anlagen mit heterogenen WinCC-Lösungen von einer gemeinsamen Datenbasis und übergreifenden Berichten und Analysen profitieren kann.
Ein weiterer Vorteil von Simatic WinCC Professional ist das integrierte Energiedatensystem. Dazu kann der Anwender mit der Simatic Energy Suite, einem in die Automatisierungslösung integrierten System für die Energiedatenerfassung, die Transparenz über seinen Energieverbrauch erhalten und seine Energiedaten bei Bedarf nahtlos an das übergreifende Energiemanagementsystem Simatic Energy Manager Pro weiterleiten. Mit diesem kann er auf Basis einer einheitliche Systemplattform eine nach ISO 50001 zertifizierbare Lösung für das Energiemanagement realisieren.
Um das Scada-System nahtlos in bestehende Architekturen oder überlagerte IT-Systeme zu integrieren, kann der Anwender auch die Kommunikation über OPC UA nutzen. Dieses Standardprotokoll für die industrielle Kommunikation ermöglicht es, Maschinen- und Anlagendaten über eine sichere und leistungsfähige Architektur zu übermitteln und maschinenlesbar semantisch zu beschreiben. Für einen standardisierten Datenaustausch über Standardschnittstellen (etwa OPC, OLE-DB, SQL) kann die WinCC/Industrial Data Bridge eingesetzt werden. Mit dieser lässt sich der bidirektionale Informationsfluss zwischen Systemen einfach und ohne Programmierkenntnisse realisieren.
Entscheidungen leichter machen
Moderne Scada-Systeme wie Simatic WinCC Professional ermöglichen es auf diese Weise dem Anwender, produktionsrelevante Informationen vor Ort zuverlässig zur Verfügung zu stellen, zentral im richtigen Kontext zu erfassen und zu speichern und sie zu aussagefähigen Protokollen zusammenzufassen. Dadurch erhalten Unternehmen eine fundierte Datenbasis, um Prozesse transparent und nachverfolgbar zu machen. Mitarbeiter werden – abgestimmt auf ihre Funktion im Unternehmen – durch zielgenaue Informationen und detaillierte Reports bei ihren Aufgaben wirkungsvoll unterstützt, wodurch Ressourcen und Kapazitäten besser genutzt werden können. Gleichzeitig erhöht die Skalierbarkeit der Lösung den Investitionsschutz, reduziert dank einer einheitlichen Architektur und Visualisierung den Aufwand für Schulungen und lässt sich flexibel an neue Anforderungen anpassen. Durch die Integration von vielfältigen Informationen zu Maschinenauslastung, Energieverbrauch und Prozessdiagnose sorgt Simatic WinCC Professional für eine konsistente Datenbasis über die gesamte Produktion und schafft damit die Voraussetzung für jederzeit transparente und nachvollziehbare Prozesse – und damit für eine moderne, datengetriebene Betriebsführung und steigende Produktivität. co
Details zum Scada-System im TIA Portal:
„In einem Test konnten mehr als 75.000 Objekte in weniger als 10 min generiert werden.“
