Modernisierung der TELEPERM …...Informations-, Prozess- und Kommunikations-Systeme GmbH Modernisierung der TELEPERM Prozessbedienebene (OS520) in der Chemie - Produktion Beispiel

Informations-, Prozess- und Kommunikations-Systeme GmbH

Modernisierung der TELEPERM Prozessbedienebene (OS520)

in der Chemie - Produktion Beispiel

11.05.2009

IPKS GmbH Dresdner Bank Erlangen D-91058 Erlangen D-47051 Duisburg Geschäftsführer: [email protected] Kto.: 554 574 200 Am Weichselgarten 36 Salvatorweg 22 Bernd Kinnen, Hubert Pflug www.ipks.de BLZ: 760 800 40 Tel.: +49 (0) 91 31/6 95 88-0 Tel.: +49 (0) 2 03/4 10 96-60 Amtsgericht Fürth HRB 3079 Fax: +49 (0) 91 31/6 95 88-25 Fax: +49 (0) 2 03/4 10 96 -80 USt.-Idnr.: DE 132 498 074

Beispiel Modernisierung TELEPERM OS520

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IPKS GmbH 2009 12.05.2009 Seite 2 von 19


© IPKS GmbH 2009 12.05.2009 Seite 3 von 19

Inhalt

1 Einführung ...................................................................................................................... 5 1.1 Gegenstand des Beispiels............................................................................................................... 5

Ausgangslage (IST-Zustand)................................................................................................. 6 1.2 Prozessbedienebene ....................................................................................................................... 6

2 Aufgabenstellung ............................................................................................................ 7 2.1 Ziel der Modernisierung................................................................................................................. 7

3 Systemtechnische Lösung .............................................................................................. 8 3.1 Allgemeine Zielsetzung ................................................................................................................. 8 3.2 Architektur des Zielsystems........................................................................................................... 8 3.3 Konzept der „weichen“ Migration ................................................................................................. 9

3.3.1 Allgemeines ............................................................................................................ 9 3.4 Neue Prozessbedientechnik.......................................................................................................... 10

3.4.1 Hardware ............................................................................................................. 10 3.4.2 Software................................................................................................................ 10 3.4.3 Bedienoberfläche.................................................................................................. 11 3.4.4 Darstellung der OS- Funktionen .......................................................................... 15 3.4.5 Bedienung im Multimonitor-Modus ..................................................................... 15 3.4.6 Meldungen............................................................................................................ 16 3.4.7 Berichte, Auswertungen ....................................................................................... 16

3.5 Anbindung CS 275 ↔ Neue Prozessbedientechnik ..................................................................... 16 3.6 Installation der Geräte.................................................................................................................. 18



Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Ist Zustand TELEPERM Produktion .................................................................................6 Abbildung 2:Zielsystem mit Windows Rechnern ....................................................................................9 Abbildung 3: Beispiel der Visualisierung, Anlagenübersicht ................................................................12 Abbildung 4: Beispiel der Visualisierung, Übersicht Kessel .................................................................13 Abbildung 5: Beispiel der Visualisierung, Ausschnitt aus den verfügbaren „NOBIs“ ..........................13 Abbildung 6: Beispiel der Visualisierung, Funktionsgrafik Schrittkette ...............................................14 Abbildung 7: Beispiel der Visualisierung, Kurvenbild ..........................................................................14 Abbildung 8: Beispiel der Visualisierung, Meldebild............................................................................15 Abbildung 9: Beispiel der Visualisierung: Bedienung im Multimonitor-Modus...................................15 Abbildung 10:Beispiel der Visualisierung: Meldefolgeanzeige.............................................................16 Abbildung 11: Funktion der Gateways in der Kommunikationsstruktur ...............................................17 Abbildung 12: Installation der Geräte ....................................................................................................18

Tabellenverzeichnis



1 Einführung

1.1 Gegenstand des Beispiels Beim Betreiber soll in der Produktion die Prozessbedienebene modernisiert, erweitert und zukunftsfähig gemacht werden. Dabei soll die vorhandene TELEPERM M/ME Automatisierungstechnik (d.h. AS-Steuerungen und CS275-Bus) sowie die vorhandenen SIMATIC S5 Steuerungen unverändert bleiben und so an die neue Visualisierungstechnik angebunden werden, dass die vorhandenen Verknüpfungen und Strukturierungen über-nommen werden können. Die Prozessbedienebene besteht derzeit aus dem System TELEPERM OS (Operator Com-munication Systems) von Siemens. Die von der Modernisierung betroffenen Komponenten und die zu berücksichtigenden Daten befinden sich in den folgenden Teilsystemen:

• Rechner der Prozessbedien-ebene:

OS-Host Systeme für die Prozesssteuerung und –bedienung (OS525-Rechner) HP-UX BES Batch X System

• Prozessbedientechnik in der Leitwarte:

OS525 Terminals

• Prozessdaten: Automatisierungsebene mit 6 AS488-Steuerungen SIMATIC S5 Steuerungen

• Schnittstellen, Bussysteme: Automatisierungsbus CS275 Hardware der Prozessleitebene Die proprietären Hardwarekomponenten der Prozessbedienebene (OS525 Host Systeme und Terminals) sind inzwischen vom Hersteller Siemens abgekündigt. Eine längerfristige Er-satzteilversorgung für die Hardware der Systeme ist nicht mehr gewährleistet, denn Ersatz-teile werden auf dem Markt nicht mehr Beispielen. Zusätzlich bergen eventuell noch gela-gerte Ersatzteile und Baugruppen-Bauteile das Risiko der Alterung. Somit erhöht sich das Risiko eines Anlagenstillstandes. Funktionsumfang des Leitsystems Beim Betreiber entspricht der derzeitige Funktionsumfang der OS- Systeme und des Batch Systems den aktuellen Anforderungen und muss nicht zwingend erweitert werden. Gleichzeitig bietet die Einführung eines modernen Visualisierungssystems die Möglichkeit, das bestehende Bedienkonzept effizienter und ergonomischer und für zukünftige Erweite-rungen offen zu gestalten. Bedienebene Peripheriegeräte wie Bedienstationen sind über Bus Verbindungen an die OS- Systeme angeschlossen und über mehrere Arbeitsplätze verteilt. Automatisierungsebene Die Automatisierungsebene besteht aus Siemens AS488-Geräten, die über den CS275-Bus an die Prozessbedienebene angebunden sind und aus SIMATIC S5 Steuerungen. Die Automatisierungsebene, einschließlich CS275-Bus, bleibt unverändert erhalten.


Ausgangslage (IST-Zustand)

1.2 Prozessbedienebene Die Prozessbedienebene der Produktion beim Betreiber enthält die folgenden Systeme (siehe Abbildung).

Abbildung 1: Ist Zustand TELEPERM Produktion

OS-Systeme

S SV 104SS V 104 SSV 104SSV 104

Industr ia l E thernetIndustria l Ethernet

HPHP--UXUXBES BES BatchBatch X X

OS525OS525Terminal 2 Terminal 2

OS525OS525Terminal 3 Terminal 3

OS525OS525Terminal 1Terminal 1

ES500ES500Engineering Station Engineering Station

ASASBedienplatz Bedienplatz

AS AllgemeinAS AllgemeinBATA 0 /1BATA 0/1AS488AS 488

AS AS AnsatzvorAnsatzvor ..BATA 0/2BATA 0/2AS488AS488

AS Linie 1AS Linie 1BATA 0/3BATA 0/3AS488AS488

AS Linie 2AS Linie 2BATA 0/4BATA 0/4AS 488AS488


ProzeProzeßßbusbus CS275 CS275

TE LERPERM MTELERPERM M

OS 525OS 525

EG183UE G183U

ET100E T100

ET100E T100

EG183UEG183U

ET100ET100

S5S5--115U115U

S5S5--115U115U

EG183UEG183U

EG183UEG183U

S5S5--115U115U

EG183UEG183U EG183UEG183U

EG183UEG183U S5S5--115U115U EG183UEG183U S5S 5--115U115U

ET2ET2

OS 525OS 525

WaageWaage

WaageWaage

AutomatisierungskonzeptAutomatisierungskonzept

ET100ET100 ET100ET100 ET100ET100

Host 1Host 1 Host 2Host 2

ET100ET100

ET100ET100

ET100ET100

ET 200MET 200M

ET 200MET 200M S5S5--115U115U

SimovertSimovert FUFU


OS525OS525Terminal 4Terminal 4

WaageWaage

SiwarexSiwarex PP SiwarexS iwarex MM

• Zwei (2) OS525 Host Systeme als Produktivsysteme • Ein (1) HP-UX Batch x System

CS275-Automatisierungsbus Die OS- Host Systeme sind über Anschaltbaugruppen an ein CS275-Bussystem ange-schlossen. Der CS275-Bus bildet die Schnittstelle zu der Automatisierungsebene, die erhal-ten bleibt. Automatisierungsebene In der Automatisierungsebene wird das Siemens Automatisierungssystem AS488 eingesetzt und SIMATIC S5 Steuerungen.

Peripheriegeräte Die Peripherie der OS- Host Systeme umfasst vier (4) Datensichtstationen OS525 Terminal die über Bus Verbindungen an die OS- Host Systeme angeschlossen sind. Test und Strukturierung Die Strukturierung der OS- und AS Systeme erfolgt über eine ES500 Engineering Station mit PROGRAF AS und BIPRO.



2 Aufgabenstellung

2.1 Ziel der Modernisierung Die Prozessbedienebene soll modernisiert, erweitert und zukunftsfähig gemacht werden. Dabei soll die vorhandene Strukturierung aus dem „Altsystem“ sicher und konsistent über-nommen werden, um den Aufwand und auch das hohe Fehlerrisiko bei einer Neuerfassung zu vermeiden. Kern des Projekts ist also einerseits ein systematisches Re-Engineering der Prozessbedien-ebene und der damit verbundenen Systeme und Daten auf neuer herstellerunabhängiger Hardware- und Betriebssystem-Technik, und andererseits die Anbindung des bestehenden Automatisierungskonzepts and die neue Visualisierungstechnik. Dabei erfolgen die Umstel-lungsarbeiten während des produktiven Betriebs, der durch die Modernisierung nicht gestört werden darf.

Herstellerabhängige Technik im "Altsystem"

Der Ausgangspunkt: Blocksteuerung mit TELEPERM M/ME

Herstellerabhängige Grafikbildschirme und Datensicht-stationen in der Blockwarte

Rechner von Siemens für die Prozesssteuerung mit OS 525

Automatisierungsbus CS275

Automatisierungsgeräte ASxxx

Nachhaltiges Re-Engineering durch Standards und Systemöffnung Standard Windows-Workstations als Bedienplätze in der Blockwarte

Redundant aufgebaute Standard-Server mit Windows-Betriebssystem, SQL-Datenbank und einem modernen Leitsystem (SCADA)

Systemöffnung durch TCP/IP-LAN

Ein transparentes Gateway setzt als „Black Box“ die Telegramme CS 275 TCP/IP um. Ohne Projektierung!

Die Automatisierungsebene mit den ASxxx-Geräten, dem CS275-Bus und allen Verdrah-tungen bleibt erhalten.

Standards und Systemöffnung der modernisierten Anlage

Migrationskonzept




3 Systemtechnische Lösung

3.1 Allgemeine Zielsetzung Bei der Modernisierung der bestehenden Systeme werden die folgenden Ziele verfolgt und die folgenden Aspekte berücksichtigt: • Das Beispiel der Lösung entspricht dem heutigen Stand der Technik und ist zukunfts-

sicher für Erweiterungen und Anpassungen in der Bedienoberfläche und in der Automati-sierungsebene.

• Das Beispiel der Lösung ist vom Konzept nicht proprietär, weder im Einsatz des Prozessbediensystems noch im Einsatz der verwendeten Hardwarekomponenten.

• Das Beispiel der Lösung ist skalierbar und kann an zukünftige Erweiterungen des Mengengerüstes angepasst werden.

• Das Beispiel der Lösung ist anpassbar an geänderte Bedingungen wie Änderungen in der Struktur und in der Betriebsweise der Gesamtanlage.

• Das Beispiel der Lösung setzt auf offene Schnittstellen: - Offene Schnittstellen zur Automatisierungsebene mit OPC (OLE for Process Control) - Offene Schnittstellen in der Programmierung (Visual Basic, VB-Script, C) - Offene Schnittstellen in der Datenhaltung (SQL, ODBC) - Offene Schnittstellen bei der Datenarchivierung und Datensicherung

• Sowohl das Rechnerkonzept als auch das Sicherheitskonzept mit seiner hohen Verfüg-barkeit sind herstellerunabhängig, zukunftssicher, einfach wartbar und basieren auf marktgängigen Hardware- und Softwarekomponenten.

• Das Bedienkonzept ist zukunftssicher, von Änderungen in der Netzstruktur (Intranet) als auch in der Auslegung der Bedienterminals unabhängig und einfach wartbar.

• Das Beispiel der Lösung ermöglicht die Integration des Prozessbediensystems in unternehmensweite Anwendungen und die Unternehmens-IT.

3.2 Architektur des Zielsystems Die in der folgenden Abbildung dargestellte Anlagenarchitektur erfüllt die aufgestellten Krite-rien.

Das bestehende Automatisierungssystem mit seinem CS 275-Automatisierungsbus bleibt erhalten, wird aber über Gateways an ein TCP/IP-Netzwerk und damit an neue Standards in der Rechner- und Visualisierungstechnik angebunden.


Abbildung 2:Zielsystem mit Windows Rechnern

Die OS525 Host Systeme werden durch ein redundantes WinCC Serversystem ersetzt. Die OS525 Terminals werden durch WinCC Client PC´s ersetzt.

Die Funktionen des Batch x Systems werden im WinCC Serversystem implementiert. Für die Bedienung der neuen Batch Funktionen wird ein eigener Client PC vorgesehen.

3.3 Konzept der „weichen“ Migration

3.3.1 Allgemeines

Da das bisher eingesetzte Automatisierungskonzept mit seinen Strukturierungen und dem CS275-Automatisierungsbus weiterhin die Grundlage für die Anlagensteuerung bilden soll, schlagen wir unseren Weg der „weichen“ Migration vor. Das Altsystem bleibt unterbre-chungsfrei in Betrieb, während es Schritt für Schritt von dem neuen Prozessbediensystem abgelöst wird. Um die Strukturierungen der bestehenden OS- Systeme sicher und konsistent in das neue System zu übernehmen und eine Neuerfassung der Verknüpfungen zu vermeiden, werden die Daten aus den Altsystemen übernommen. Aus den Altsystemen werden die Strukturierungsdaten für Messwerte, Analogwerte, Binär-werte, Rechenwerte usw. mit ihren Verknüpfungen in Windows-Dateien migriert. Für die neue Prozessbedienung wird zwar die Grafik aller Prozessbilder neu erstellt, eine Neukonfigurierung der zugrunde liegenden Verknüpfungen („Verdrahtung“) jedoch ist nicht notwendig.

Mit den vorhandenen Batch- und Rezeptdaten wird ebenso verfahren. Die vorhandenen Rezepte werden von dem UNIX / ORACLE System in das neue Batch- System migriert.




3.4 Neue Prozessbedientechnik

3.4.1 Hardware

Die abgekündigte Hardware der Prozessbedienebene wird durch marktgängige Standard-Hardware mit Standard-Betriebssystemen ersetzt.

Das betrifft die folgenden Komponenten:

OS–Systeme • Rechner-Hardware ersetzen alt: 2x OS525 Host Systeme neu: redundanter WinCC Server (2x Windows Server)

• Bedienstationen ersetzen alt: 4x OS525 Terminals neu: 4x Wincc Client (4x Windows PC)

Batch X System • Rechner-Hardware ersetzen alt: HP-UX neu: entfällt, wird im Wincc Server integriert.

• Bedienstation ersetzen neu: zusätzlicher WinCC Client PC

Parallel zu den vorhandenen OS- Systemen wird ein neues Prozessbediensystem auf der Basis von WinCC installiert.

Das neue Prozessbediensystem besteht aus einem redundant aufgebauten, hochverfüg-baren WinCC- Serversystemen (2x Windows Server).

Die Zeitsynchronisation der neuen Systeme (WinCC- Server, Terminal-Rechner) erfolgt über LAN und einen NTP Time Server mit integrierter hochgenauer DCF-77-Funkuhr

Die Bedienung der Anlage erfolgt über drei (4) Terminal-Rechner, die über LAN mit den WinCC- Leitrechnern verbunden sind.

Über einen weiteren Terminal-Rechner werden die Rezepte verwaltet und bedient.

An jedem der Terminalrechner können über eine Multi- VGA-Grafikkarte bis zu zwei (2) mo-derne TFT-Bildschirme angeschlossen werden. Die Prozessbilder an den Bildschirmen eines Terminalrechners lassen sich über eine Tastatur und Maus bedienen. Der Anschluss einer Grossbildprojektion ist möglich.

Die beiden Server und die Terminal-Rechner sind über ein redundantes lokales LWL LAN (Warten – LAN) miteinander verbunden.

An das Warten - LAN mit den Terminalrechnern können auch Netzwerkdrucker angeschlos-sen werden.

Alle Systeme werden so ausgelegt, dass sie bei Bedarf im Hardwareumfang (Prozessorleis-tung, Speichervolumen, ...) und im Softwareumfang (Mengengerüst, Web-Funktionen, ... ) erweitert werden können.

3.4.2 Software

Als neues Prozessbedien- und Visualisierungssystem (SCADA) wird WinCC eingesetzt.

In Stichworten zusammengefasst bietet WinCC für Ihre Belange die folgenden Vorteile:

Heutiger Stand der Prozessbedien- und visualisierungstechnik Kein proprietäres System, das nur in einer Branche eingesetzt wird Allgemein im Automatisierungs-, Leitstands- und Wartenbereich etabliert, auch im

Kraftwerksbereich



Zukunftssicher, in großer Stückzahl weit verbreitet Offen auch für andere Bussysteme, wie Profibus, Feldbus, usw., und Automatisierungs-

systeme (z.B. Siemens, ABB, OPC- Schnittstelle)

Als neues System zur Batch / Rezept Verwaltung und Steuerung wird PM-Control eingesetzt.

3.4.3 Bedienoberfläche

Das jetzige Bedienkonzept wird mit der WinCC- Prozessleitsoftware nachentwickelt und gleichzeitig gemäß den Angaben des Betreibers verbessert und weiterentwickelt.

Grundlage dafür sind Vorlagen, die gemeinsam mit den Mitarbeitern des Betreibers erarbei-tet werden und das bestehende R&I-Schema. Wie viele neue Prozessbilder insgesamt zu erstellen sind, wird sich im Detail erst in der Vorprojektphase ergeben.

In den bisherigen Systemen waren vorhanden:

• 4 Linien mit folgendem Umfang - 10 Übersichtsbilder - 10 Detailbilder - 10 Allgemeine Bilder - 10 Kurvengruppen Bilder - 1 Alarm + Nora

• 1 AS Ansatzvor. Mit folgendem Umfang: - 10 Übersichtsbilder - 10 Detailbilder - 10 Allgemeine Bilder - 10 Kurvengruppen Bilder - 1 Alarm + Nora

• 1 AS Allgemein mit folgendem Umfang: - 10 Übersichtsbilder - 10 Detailbilder - 10 Allgemeine Bilder - 10 Kurvengruppen Bilder - 1 Alarm + Nora

• Ca. 20.000 Datenpunkte

Die folgenden Abbildungen zeigen Beispiele von gelieferten Anlagenbildern für ähnliche Modernisierungsprojekte in Kraftwerken und Müllheizkraftwerken, deren Aufbau und Bedien-konzept grundlegend auch für die Leitwarte der Produktion zutreffen.


Abbildung 3: Beispiel der Visualisierung, Anlagenübersicht



Abbildung 4: Beispiel der Visualisierung, Übersicht Kessel

Abbildung 5: Beispiel der Visualisierung, Ausschnitt aus den verfügbaren „NOBIs“



Abbildung 6: Beispiel der Visualisierung, Funktionsgrafik Schrittkette

Abbildung 7: Beispiel der Visualisierung, Kurvenbild



Abbildung 8: Beispiel der Visualisierung, Meldebild

3.4.4 Darstellung der OS- Funktionen

Die OS-Funktionalität ist durch die bestehenden OS- Systeme vorgegeben und wird im neuen Prozessbediensystem implementiert. Soweit es möglich ist, werden aus dem beste-henden System parametrierte Daten in das neue System migriert.

3.4.5 Bedienung im Multimonitor-Modus

An die vier WinCC Arbeitsplätze in der Leitwarte wird jeweils (1) Monitor angeschlossen (bis zwei Monitore sind möglich). Die Anlagen- und Bedienbilder können dann über die zwei Bild-schirme hin und her geschoben und mit einer Tastatur und einer Maus bedient werden.

Abbildung 9: Beispiel der Visualisierung: Bedienung im Multimonitor-Modus



3.4.6 Meldungen

Prozessmeldungen und lokale Ereignisse werden über das Leitsystem erfasst und in die von WinCC standardmäßig angebotenen Meldearchive abgelegt. Soweit es möglich ist, werden die Parametrierungen der Meldungen aus dem bestehenden System in das neue System migriert. Aufbau und Farbgestaltung der Meldezeilen müssen gemeinsam mit dem Betreiber festge-legt werden.

Die folgenden Abbildungen zeigen Beispiele aus ähnlichen Modernisierungsprojekten in Kraftwerken, in denen die Meldeinformationen untergliedert wurden in Alarme, Warnungen, Zustände und Systemfehler.

Abbildung 10:Beispiel der Visualisierung: Meldefolgeanzeige

3.4.7 Berichte, Auswertungen

Berichte und Auswertungen werden als Excel Tabellen zur weiteren Bearbeitung zur Verfü-gung gestellt

3.5 Anbindung CS 275 ↔ Neue Prozessbedientechnik Die Schnittstelle zu der Automatisierungsebene bildet das vorhandene CS275-Bussystem. In der Automatisierungsebene sind an das CS275-Bussystem die Automatisierungssysteme AS488E angeschlossen. In dem Lösungsbeispiel gehen die Strukturen der Automatisierungssysteme AS488E nicht direkt in das überlagerte Prozessbediensystem ein. Die vorhandenen AS488-Geräte werden über Gateways an das neue Prozessbediensystem angeschlossen. Dabei erfüllen die Gateways die folgenden Aufgaben:

Umsetzung der Kommunikationsschnittstelle. Das CS275-Bussystem ist ein proprietäres Bussystem für TELEPERM M/ME Anlagen. Das CS275-Gateway ist über eine Nahbusanschaltung an den CS275-Bus angeschlossen und setzt den CS275-Datenverkehr auf die Standard TCP/IP Schnittstelle um. Die CS275-Automatisierungsebene erhält damit eine offene, standardisierte Kommunika-tionsschnittstelle. Durch die Verwendung des Gateways, das die Prozessdaten auf einem genormten Kommunikationsmedium (TCP/IP) zur Verfügung stellt, kann die Prozessbedien-anwendung besser auf die Bedürfnisse des Anwenders zugeschnitten werden.

Umsetzung der Daten- und Zugriffs-Strukturen Die Daten- und Zugriffs-Strukturen der AS488E-Automatisierungssysteme sind auf das prop-rietäre Prozessleitsystem TELEPERM M/ME abgestimmt. Das CS275-Gateway setzt die Daten- und Zugriffs-Strukturen der AS488E-Steuerungen auf eine allgemeine Daten- und Zugriffs-Struktur um. Im neuen überlagerten Prozessbediensys-tem sind die AS488E-Spezifika nicht mehr sichtbar. Die vorhandenen AS488E-Steuerungen werden wie neue, marktgängige Automatisierungssysteme projektiert. Die



Abbildung 11zeigt, wie die CS275-Gateways in die Kommunikationsstruktur des Leitsystems WinCC einzuordnen sind. Vom Leitsystem wird auf die AS488E-Automatisierungssysteme genauso zugegriffen wie auf SIMATIC- Steuerungen oder sonstige, über OPC ange-schlossene Automatisierungssysteme

Abbildung 11: Funktion der Gateways in der Kommunikationsstruktur



3.6 Installation der Geräte Die Aufstellung und Installation der Geräte erfolgt gemäß der folgenden Abbildung.

Im Rechnerraum werden Installiert:

• Zwei WinCC Server

• Zwei Gateways

• Eine Konsole mit KVM für die Bedienung der Server und der Gateways

• Zwei LWL Switch

• Ein NTP Time Server mit integrierter hochgenauer DCF-77-Funkuhr

In der Warte werden installiert:

• Fünf Windows Terminalrechner (4x WinCC Client, 1x Batch)

• Zwei LWL Switch

Abbildung 12: Installation der Geräte



Notizen:

Documents

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