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23.11.1990 - 

Modularität gab Ausschlag für Ethernet-LAN

VEW: Neue Prozeßleittechnik beruht auf offenen Standards

Dr. Martin Bürgel ist bei der Gesellschaft für Prozeßsteuerungs- und Informationssysteme mbH für Marketing und Vertrieb zuständig.

Sowohl auf der Rechner- und Netzwerkseite als auch im Bereich des Software-Leitsystems und der Mensch-Maschine-Schnittstelle setzen die Vereinigten Elektrizitätswerke Westfalen AG (VEW) auf offene Standards wie Unix, TCP/IP, OSF-Motif und X-Windows. Die ausgewählte Hard- und Software-Ausstattung stammt von dem Konsortium PSI und Siemens.

Die VEW, Dortmund, beliefert als fünftgrößtes Gasversorgungsunternehmen der Bundesrepublik flächendeckend Westfalen und angrenzende -Gebiete mit Erdgas.

Dazu betreibt die VEW ein Leitungsnetz von 8100 Kilometern Gesamtlänge mit 1730 Kilometern Hochdruck- und 6331 Kilometern Niederdruckleitungen. Dieses Netz ist zur erhöhten Versorgungssicherheit in das europäische Verbundnetz integriert.

Um das gesamte Gasversorgungsnetz sicher und wirtschaftlich zu fahren, verfügt die VEW über eine zentrale Lastwarte in Dortmund zur Fernüberwachung und -steuerung des Hochdruck-Transportnetzes. Da die bestehenden Systeme der Prozeßleittechnik bereits über zehn Jahre alt sowie von Seiten der Hardware und der Software erschöpft sind, werden die bestehenden Anlagen in zwei Stufen durch neue ersetzt.

Der Weg zu einem offenen System

Der erste Auftrag zur Erneuerung der Gaslastwarte in Dortmund ("Prozeßleitsystem GAS") wurde 1989 an das Konsortium PSI/Siemens unter der Federführung von PSI vergeben. In einem von VEW, PSI und Siemens erarbeiteten Pflichtenheft zur Realisierung des Projekts ist das Anforderungsprofil detailliert festgeschrieben.

Mit der Konzeption ist die VEW den Weg von maßgeschneiderten, aber insularen Lösungen hin zu einem zukunftsweisenden, modularen und offenen Leittechniksystem gegangen.

Die Entscheidung fiel deshalb auf ein Unix-basiertes System, weil es Offenheit, Portabilität und Unabhängigkeit von Herstellern gewährleistet.

Die optimale Unterstützung oder Ergänzung eines solchen Systems wird durch die leistungsstarke Rechnergeneration mit RISC-Architektur sichergestellt.

Die VEW entschied sich für ein Ethernet-LAN mit DEC-Stations und DEC-Systems sowie dem Betriebssystem Ultrix. PSI liefert als OEM die Digital-Rechnerhardware des Prozeßleitsystems und die gesamte Software, des Prozeßleitsystems.

Siemens stellt die Hard- und Software der Fernwirkseite bereit. Auch hier wurde das Konzept eines modularen, offenen Systems beibehalten. Zum Einsatz kommen Komponenten der Sinaut-Familie, die modular konzipiert sind und somit den stufenweisen Ausbau der Anlage ermöglichen.

Das Konsortium ist ferner für die optimale Anpassung der Schnittstellen zwischen der Prozeßleitebene und dem Fernwirksystem sowie für den reibungslosen Projektablauf verantwortlich.

Das Prozeßleitsystem GAS für die zentrale Gaslastwarte der VEW ist als offenes, dezentrales System auf der Basis eines LAN konzipiert.

Die Punkt-zu-Punkt-Verbindungen "klassischer" Rechnerkonfigurationen in der Leittechnik werden dabei durch eine leistungsfähige Bus-Ankoppelung ersetzt.

Die Vorteile eines LAN-Systems liegen in

- der Modularität, die eine stufenweise Erweiterung hinsichtlich der Funktionalität und Redundanz ermöglicht, zum Beispiel das Hinzufügen eines weiteren Arbeitsplatzes,

- der einfachen Struktur innerhalb der einzelnen Rechnersysteme aufgrund eines reduzierten Aufgabenumfangs,

- der losen, rückwirkungsarmen Koppelung zwischen weitgehend autonomen Rechnersystemen, die es ermöglicht, zum Beispiel neue Software-Releases zu testen,

- der leichten Integration neuer Aufgaben in das Gesamtsystem durch Hinzufügung modernerer Rechner(systeme). Soll zum Beispiel eine rechenintensive Mengenabrechnung integriert werden, so kann dies auf eigenem Rechner erfolgen,

- und in einem geringeren Montageaufwand, geringerem Ersatzteilbedarf und damit einhergehend einfacheren Wartungsvoraussetzungen.

Das Gesamtsystem ist in zwei voneinander getrennte Netzwerke, in

- das Fernwirknetz und

- das übergeordnete Prozeßleit-Rechnernetz aufgeteilt.

Über die jeweils redundant ausgelegten Fernwirkköpfe (Siemens Sinaut ST155) und die zugeordneten Fernwirklinien wird der gesamte Datenaustausch mit den Stationen und darüber hinaus mit jedem einzelnen Objekt der Anlage abgewickelt. Objekt dient als Sammelbegriff für 2600 Meldungen, 300 Befehle, 150 Sollwerte, 2100 Meßwerte und 400 Zählwerte.

Die Fernwirkköpfe sind über ein Ethernet-LAN mit den Prozeßleitrechnern gekoppelt. Alle Rechner der Prozeßleit-Technikebene sind ebenfalls über ein Ethernet-LAN als gemeinsamer Verbindungskanal verknüpft. Das Ethernet-LAN auf dieser Ebene ist doppelt ausgeführt, so daß jeder redundant ausgelegte Rechner sein "eigenes" Ethernet besitzt. Bridges trennen einzelne Netzabschnitte logisch und physikalisch voneinander. Diese Maßnahmen wurden zur weiteren Erhöhung der Ausfallsicherheit vorgenommen. Die Kommunikation wird mit Hilfe des TCP/IP-Protokolls und NFS abgewickelt.

Die Rechnergrundausstattung besteht aus drei DEC-Stations 5000 mit jeweils drei hochauflösenden, 19-Zoll-Farbsichtgeräten als Dispatching-Arbeitsplätze in der Gaslastwarte, zwei Betriebsrechnern DEC-System 3100 im "Hot-Standby" -Betrieb, einem DEC-System 5400 als Hintergrundrechner und abgesetzt je einer DEC-Station 3100 als Arbeitsplatzrechner in den vier örtlich entfernten Betriebsdirektionen. Alle Rechner basieren auf der RISC-Technologie von Digital mit dein Betriebssystem Ultrix.

Den einzelnen Rechnern der Prozeßleitebene fallen dabei unterschiedliche Aufgabenkomplexe zu. Der Hintergrundrechner dient der Erfassung der anlagenbeschreibenden Basisdaten über eine relationale Standarddatenbank, der Langzeitarchivierung von Prozeßdaten (bis zu zehn Jahren) und der Implementierung beziehungsweise Portierung VEW-eigener Software zur Prognose und Statistik.

Die Betriebsrechner übernehmen die Erfassung, die prozeßtechnische Grundverarbeitung, die Synchronisation der verteilten Prozeß-Zustands-Abbilder (Prozeßabbilder) und der Bedienhandlungen sowie die Kurzzeit-Archivierung.

An den Arbeitsplatz-Rechnern erfolgt die Kommunikation mit dem Bedienpersonal mausgesteuert mit den Mitteln der modernen Mensch-Maschine-Schnittstelle (MMI) über die Farbsichtgeräte, mit deren Hilfe die Prozeßvisualisierung, die Dialogführung und die Betriebsführung abgewickelt werden. Vom Bediener angeforderte Informationen werden entweder aus dem laufend aktualisierten Prozeßabbild des Arbeitsplatz-Rechners entnommen oder aus einem der anderen Rechner transferiert. Weiterhin wird die gesamte Systempflege über die Anderungsdienste an diesen Arbeitsplätzen durchgeführt.

PSI liefert das gesamte Leittechnik-Softwaresystem. Dazu wurden in einer Projektierungsphase die Baukastensysteme PSI Control und Lvis durch Anpassung der VEW-Anforderungen, die prozeßrelevanten Daten und Parameter für die Realisierung des Prozeßleitsystems GAS erweitert.

PSI Control ist ein Baukasten von Programm-Modulen, die allen Ebenen eines modernen und höchsten Sicherheitsanforderungen gerecht werdenden Leittechnik-Systems abdecken. Dabei wird zwischen Basiskomponenten, dem Leitsystem-Kern und höheren Betriebsführungskomponenten unterschieden Die Basiskomponenten beinhalten die Betriebssystem-Erweiterungen oder -ankoppelungen. Sie dienen einer klaren Abgrenzung des Leittechnik-Kerns von Betriebssystem-Funktionen.

Der Kern des Leittechnik-Systems umfaßt die Grundverarbeitungsfunktionen

- Erfassen,

- Überwachen,

- Bedienen,

- Steuern,

- Darstellen,

- Archivieren und

- Protokollieren.

Funktionen wie Leckerkennung, Planung, Simulation, automatisierte Steuervorgänge und Trainingssysteme stehen höhere Funktionen dar und können je nach Bedarf an den Leittechnik-Kern angekoppelt werden.

MMI spielt eine wichtige Rolle

An dieser Stelle sei ein besonderer Aspekt der PSI-Leittechnik-Systeme hervorgehoben: die Mensch-Maschine-Schnittstelle (MMI). Sie spielt bei der Gestaltung von Leittechnik-Systemen eine wichtige Rolle. Das MMI-System muß das Bedienpersonal in die Lage versetzen, durch eine kooperative Benutzerführung den Anlagenzustand eindeutig und schnell verifizieren und erforderliche Steuermaßnahmen einfach und sicher einleiten zu können. Dabei erhöhen gleiche Bedienhandlungen und Funktionalität auf allen Ebenen die Sicherheit des Bedienpersonals im Umgang mit dem System. Auf der Basis von Vollgrafiksystemen mit hochauflösenden RGB-Farbgrafikmonitoren entwickelt PSI nun in der zweiten Generation der Sichtgerätesoftware ein Leittechnik-Visualisierungssystem (Lvis) zur Überwachung und Steuerung von Prozessen. Lvis setzt auf den Grafikstandardprodukten Data Views von V.l. Corporation, X-Windows von MIT und Motif von OSF auf.

Anpassung von MMI an jeweilige Erfordernisse

Mit den Werkzeugen und Bausteinen, die Lvis zur Verfügung stellt, können die modernen MMI-Techniken wie Fenstertechnik, Popup- und Pulldown-Menues, menüorientierte Bedienerführung, grafische Eingabe- und Funktionselemente auf dein Sichtgerät und bildschirmorientierte Eingabegeräte (Maus) im Bereich der Leittechnik zum Einsatz, kommen. Durch leicht zu erlernende Änderungsdienste wie der objektorientierten Bildkonstruktion zur Erstellung dynamischer Anlagenbilder kann das MMI darüber hinaus durch die VEW den jeweiligen Erfordernissen angepaßt werden.