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Industrielle Prozeßkoppelungen:

Grenzen der Dezentralisierung

25.03.1977

Industrielle Steuerungen werden in immer breiteren und anspruchsvolleren Anwendungsbereichen eingesetzt. Sie dienen als Steuerungssystem in chemischen Prozessen, bei der Materialförderung, in der Fertigung und Metallverarbeitung, beim Messen und Prüfen und bei der automatisierten Montage. Zunehmend auch übernehmen Minis und Mikros die "Gehirnfunktion".

Die Anschaltung eines Minicomputers an einen zu überwachenden Prozeß geschieht über Koppelelemente, deren Aufgabe es ist, externe Signale, wie beispielsweise Istwerte, dem Rechner mit ausreichender Störsicherheit zuzuführen.

Der Minicomputer-Primus Digital Equipment hat mit den mikroprogrammierten Prozeßkoppelungen ICS und ICR zwei Steuerungssysteme im Programm, die sowohl zentral wie dezentral verwendet werden können.

Vor dem ersten Schritt zur industriellen Steuerung sollte der Anwender zwei Fragen klären:

- Soll das System aus einem einzigen oder aus mehreren Minis bestehen?

- Soll die Daten-Ein/Ausgabe am Rechner (zentral) oder am Prozeß (dezentral) erfolgen?

Dazu ist anzumerken, daß sich beide Techniken sowohl bei Einfach- wie bei Mehrfach-Rechnersystemen anwenden lassen.

Zentrale Prozeßdaten-Ein-/Ausgabe bedeutet Datenkonzentration, Signalpegelanpassung und Auflegen von analogen und digitalen Signalen auf einen Verteiler - dabei arbeiten alle

Geräte am gleichen Ort wie der Mini. Die meisten der bis heute in der Industrie eingesetzten Automatisierungssysteme sind so aufgebaut, das heißt jedes Signal hat über eine eigene Leitung Verbindung mit dem Rechner.

Eine optimale Lösung ist die zentrale Prozeßdaten-Ein-/Ausgabe wohl überall dort, wo höhere Datenraten verlangt werden, wo die Leitungen bereits bis zum Prozeßrechner verlegt wurden und wo eine geringe Anzahl weit verstreuter Signale anfällt, die sich sinnvoll nur am Rechner konzentrieren läßt. Die Leitungslängen sollten dabei jedoch 200 m für digitale und 20 m für analoge Signale nicht überschreiten.

Die dezentrale Lösung bietet demgegenüber folgende Vorteile:

- Wirtschaftlichkeit - statt einer teueren und aufwendigen Verkabelung

können alle Signale direkt am Bestimmungsort angeschlossen werden.

- Flexibilität - bei Erweiterungen wird kein zusätzlicher Platz im Rechnerraum benötigt.

- Zuverlässigkeit und Systemverfügbarkeit - bei Ausfall eines Einzelsystems wird der Betrieb der Gesamtanlage nicht beeinflußt.

- Anpassungsfähigkeit - entsprechend dem Einsatzort kann das System in einem dafür geeigneten Gehäuse untergebracht werden.

Typisch für den bisherigen Aufbau einer dezentralen Prozeßdaten-Ein-/Ausgabe war bisher die Ausrüstung mit einem Kommunikations-Interface. Es wurde mit der entsprechenden Software versehen und beides an den Rechner angeschlossen. Über das Kommunikations-Interface führte dieser dann die Datenübertragung vom und zum dezentralen Ein-/Ausgabe-System aus. Daraus resultierte allerdings eine hohe Beanspruchung der Zentraleinheit durch Aufgaben wie Datenaufbereitung, Übertragungsfehler-Kontrolle erneute Datenübertragung im Fehlerfall, Überwachung der Eingangssignale, die eigentlich vom Interface gelöst werden sollten. Fazit: Die herkömmlichen Systeme waren umständlich und in ihrer Leistung begrenzt.

Kommunikation per Hardware

Will man die Vorzüge einer dezentralen Prozeßdaten-Ein-/Ausgabe gegenüber einem zentralen Konzept maximieren, sollte das System nach folgenden Grundsätzen konzipiert sein:

- Kompatible Software für zentrale wie dezentrale Prozeßdaten-Ein-/Ausgabe,

- Alle Anschlußmöglichkeiten des zentralen Ein-/Ausgabe-Systems sollten auch für das dezentrale existieren.

- Alle Kommunikationsvorgänge einschließlich der Fehlererkennung, Fehlerkorrektur und Statusabfrage sollten per Hardware ablaufen

- Der Prozeßrechner muß mehrere dezentral Prozeßdaten-Ein-/ Ausgabe-Systeme parallel bearbeiten können

- Das System muß bei industriellem Einsatz durch ein hermetisch geschlossenes Gehäuse gegen elektrische und mechanische Beeinflussungen geschützt

- Volle Unterstützung durch die Echtzeit-Betriebssysteme muß gewährleistet sein.

Die von Digital Equipment entwickelten Prozeßdaten-Ein-/Ausgabe-Systeme ICS (zentral) und ICR (dezentral) basieren auf einer mikroprogrammierten Steuerung, die alle Kommunikations- und Kontrollfunktionen einschließlich Initialisierung, Spannungsausfallschutz und Fehlererkennung durchfuhrt. Die Software für beide Systeme ist kompatibel, so daß in den meisten Fällen keine Änderungen notwendig sind und beide Systeme gemischt mit einem Prozeßrechner betrieben werden können.

256 digitale Meßpunkte

Das ICS-System kann sowohl an eine PDP-8 als auch an eine PDP-11 angeschlossen werden. Das ICR ist nur für die PDP-11-Prozeßrechnerfamilie konzipiert. Ein ICS/ICR kontrolliert bis zu 16 Funktionsmoduln beliebiger Zusammenstellung. Im Zusammenwirken mit einer PDP-11 lassen sich an ein ICS/ICR bis zu 256 digitale Punkte anschließen. Mit einem ICS an einer PDP-8 können bis zu 192 digitale Punkte angeschlossen werden. Ein Prozeßrechner erlaubt den Anschluß von bis zu 12 ICS/ICR-Systemen, die parallel betrieben werden können. Jedes ICS/ICR besteht aus einem 19-Zoll-Einschub mit dazugehörigem Netzteil, gedruckter Leiterplatte als Hauptmodul, Interface und Steuerung für PDP-8- und/oder PDP-Prozeßrechner sowie Platz für 16 Funktionsmoduln. Für harten Einsatz wird das ICR auch als sogenannte Industrie-Ausführung angeboten, bei der die Schraubklemmleisten im Gehäuse und das Netzteil aus Wartungsgründen außerhalb

angebracht sind.