Automationspyramide

Die
Automatisierungspyramide
MES, SCADA, OPC, DCOM oder
SOAP/XML?
Die Automatisierungspyramide, J.P. Keller
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Automatisierungspyramide
Engineering
Betrieb
Informatiktechnologien
Leittechnik
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Bemerkung
• In den Notizen steht der zu den Folien
gehörende Text.
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Seite 3
Geschäftswelt früher
Lieferanten
Kunde
Lager
Produktion
Lager
Lager
ich habe produziert, wer kauft es?
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Idealisierte Geschäftswelt heute
Lieferanten
ich möchte etwas, produziere es!
Kunde
Produktion
Lager
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Betrieb: Erfüllung der Anforderungen
–
–
–
–
–
–
–
erfüllt Funktionalität
hohe Verfügbarkeit
hohe Datensicherheit
leistungsfähig
Erweiterbarkeit (Leistung, Funktionalität)
Flexibilität
Benutzerfreundlich
• Arbeitsplätze
• Operating
• Reaktionszeiten
– einfache Wartung, Standardkomponenten
– gutes Kosten- / Nutzenverhältnis
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Funktionalität
• MES,ERP,CMS,PPS,PLS, BMP, SPC, eBusiness,B2B E-Commerce,PDM,LVS,
WWS, POS, HMI, Reporting, LIMS,
Anlagensteuerung, Batch Control
Gliederung in Funktionsebenen:
•Unternehmensleitebene
•Produktionsleitebene
•Prozessleitebene
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Die klassische Automationspyramide!
Unternehmensleitebene
Produktionsleitebene
Prozessleitebene
Feldebene
Anlage
Nach Polke, Prozessleittechnik, Oldenburg 1994
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Die Ebenen: Unternehmensleitebene
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Kostenrechnung
Finanzbuchführung
Vetriebsabwicklung
Umweltschutz
BPM : Business Process Modeling
Forschung und Entwicklung
PDM: Product Development Management
CMS: Content Management System
KMS: Knowledge Management System
MIS: Management Information System
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Die Ebenen: Produktionsleitebene
•
•
•
•
•
PPS: Produktionsplanung und -steuerung
ERP: Enterprise Ressource Planning
MRP: Manufacturing Ressource Planning
CRM: Custom Relationship Manager
B2B E-Commerce: Buisness to Buisness
E-Commerce
• LIMS: Lab Information Management
System
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Die Ebenen: Prozessleitebene
• MES: Manufacturing execution system
• HMI: Human-Machine-Interface
• SCADA: Supervisory Control and Data
Acquisition
• PLS: Prozessleitsystem
• LVS: Lagerverwaltungssystem
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Die Ebenen: Feldebene
•
•
•
•
Geräte/Devices
Intelligente Geräte
Feldbus
Signalanpasser, Trenner
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Modelle
• Schränken hierarchische Modelle den
Lösungsraum unnötig ein?
• Fordern andere Denkweisen
(Technologie-bedingt) neue Modelle?
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technische Funktionen
Andere Modelle: Y-CIP Modell
Produktentwurf
Verfahrensentwicklung
Logistik
?
n
i
e
s
Primärbedarfsplanung
Verpackungsentwicklung
n
e
m
e
t
Anlageentwicklung
s
y
Materialwirtschaft
s-konfiguration
s
und
n
io
t
Zeit-und Kapazitätsa
rm Qualitätsplanung
wirtschaft
o
f
n
I
n
Freigabe
Rezepterstellung
o
v
tz
a
s
n
i
E
r
de
e
t
u
e
Produktionssteuerung
Prozesssteuerung
h
d
r
i
ie w
Betriebsdatenerfassung
Auftragsbearbeitung
W
und Kontrolle
Chargendokumentation
Lager- und Tranportsteuerung
Verpackungssteuerung
Qualitätskontrolle
Versandsteuerung
Umweltkontrolle
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Quelle:
P.Loos 1997
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Automationspyramide: Leittechnik
Leittechnik
• Systemstruktur
– Hardware
– Netzwerk
• Software
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Hardware gestern
PPS/ERP/MRP
Produktionsleitebene
Data General
Ethernet
Server
HMI/SCADA
HMI
Prozessleitebene
Ethernet
OPC-Server
Feldbus
Feldebene
Steuergerät
Feldgeräte
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Beispiel aus der Logistik
HOST/ZEDV
LVS
Leitstand
Pickinfo
WE1
Konzentrator
WE1
RBG1
WA1
WA1
WA1
RBG10
Konzentrator
RBG1
Collitransport
Sorter
Stapler
RBG10
Quelle: © K. Hasler, FHSO
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Hardware heute
Ethernet Multivendoranlage Netzwerkstruktur
B
US
WebCam 2
Internet/
Intranet
US
B
PC
193.135.242.217
PC
Programmierung
193.135.242.204
Firewall
WebCam 2
Switch 3
193.135.242.202
PC
193.135.242.218
multivendor.hst.fhso.ch
n
nda
redu
ng
indu
b
r
e
te V
Roboter Steuerung
193.135.242.212
Ethernet Backbone
Switch 1
193.135.242.200
Schneider Remote Output
193.135.242.208
Rockwell Flex I/O
193.135.242.206
Rockwell SPS
193.135.242.205
I/O Block zentral
Switch 2
193.135.242.201
Schneider Remote Input
193.135.242.207
Schneider SPS
193.135.242.207
B&R SPS
193.135.242.210
Jetter SPS
193.135.242.211
I/O Block zentral
I/O Block CAN
I/O Block zentral
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Netzwerk heute
Die Kommunikationsbarrieren
werden niedriger!
Aber:
CIP Protokoll Stack
IDA Protokoll Stack
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Powerlink Protokoll Stack
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Software: Analyse
Datenmengen
Produktionsleitebene
Administration
Reaktionszeiten
Unternehmensleitebene
Kennzahlen
Betrieb
Administration
Zeit
Messdaten
Produktion
Prozessleitebene
Zeit
Feldebene
Messdaten
Messdaten
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Transaktions/Verarbeitungslogik
HMI, HCI
Software: Analyse
administrative Daten
Auftragsdaten
Produktdaten
Qualitätsdaten
Projektierungsdaten
Anlagedaten
Produktionsdaten(aktuell und
vergangene)
Rezepturen (Parameter oder
Produktionsprogramme)
.......
Steuern mit
Internet und
Datenbanken?
Echtzeit-Steuerlogik:
Steuerprogramm
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Software: Strukturierung?
Anforderungen
•
•
•
•
•
•
•
hohe Verfügbarkeit
hohe Datensicherheit
Datenkonsistenz
fehlertolerant & Restart fähig
Wartung/Testbarkeit
Flexibilität (neue Anlagen, Veränderungen)
Skalierbarkeit
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Software: Strukturierung
zentral vs. dezentral
zentral
Unternehmensleitebene
Produktionsleitebene
Prozessleitebene
dezentral
Feldebene
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Software: Strukturierung?
Beispiel: Integration eines LVS
HOST
LVS/LSS
Lagerplätze
Aufträge
Redundant: Stammdaten (teil)
Bestände (total)
HOST
Bestände
Aufträge
LSS
Aufträge
Redundant: Lagerplätze
1. autonomes LVS:
+ autonomer Betrieb
+ individuell
+ Verfügbarkeit
- Datenredundanz
2. Host-integriertes
LVS:
+ Integration
+ viele Standardfkt.
- Overhead durch Standard
- Performance
Quelle: © K. Hasler, FHSO
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Software: Lösungsanbieter
MIS/ERP
Produktionsleitebene
Prozessleitebene
Feldebene
HMI/SCADA
Steuersoftware
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Vertikale Integration
Unternehmensleitebene
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Informatiktechnologien
Welche Technologien sind zur
Integration notwendig/vorhanden?
• ‚standardisierte‘ Lösungen in
Betriebssystemen
• proprietäre Lösungen
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Informatiktechnologien
Applikationen
OPC
HMI/SCADA/MES/ERP
E-mail
POP/SMTP
FTP
DNS
SOAP/
XML
SNMP
6 Present Layer
Prop
HTTP
Middleware
DCOM/RMI
7 Application
Prop
4 Transport Layer
3 Network Layer
UDP
IP V4/6
POP/25
20/21
TCP
2 Data Link Layer
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1 Physical Layer
53
161/162
80
RPC
5 Session Layer
Portmapper
Sockets
Prop
Prop
Prop
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Informatiktechnologien: Microsoft
• 2000: Windows DNA (Distributed interNet
Applications Architecture)
• .NET-Connected Software in the
Enterprise
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Seite 28
Informatiktechnologien: Microsoft
• Standardisierte Schnittstellen:
– VBA: Visual Basic for Applications
– COM/DCOM: Component Object Model
• ActiveX: Ausführungsumgebung für COM-Komponenten
– OPC: OLE for Process Control
– OLE-DB: OLE-Interface für Datenbanken
– DAO: Data Access Objects
• .NET
– SOAP: Simple Object Access Protocol
– UDDI, WSDL
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Informatiktechnologien: JAVA
Anbindung eines Leitsystems mit JAVA Business Server
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Informatiktechnologien: JAVA
• Standardisierte Schnittstellen:
– RMI: Remote Method Invocation
– JDBC: Java Database Connectivity
– JINI: Architektur für sich selbst
konfigurierende Netzwerkteilnehmer
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Seite 31
Informatiktechnologien: Datenbanken
• Standardisierte Datenbankschnittstellen:
– ODBC: Open Database Connectivity
– SQL: Structured Query Language
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Engineering
• Komplexe Systeme!
– Grenzen verschwinden zwischen SPS und
Betriebsinformatik (IPC)
– Betriebssystemkenntnisse notwendig!
•
•
•
•
Konfiguration von Software-Paketen
Sicherheitskonzepte
Fernwartung
Problem: Verfügbarkeit von Ingenieuren mit
Kompetenz im Bereich vert. Integration
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Schlussbemerkungen:
• CIM hatte keinen grossen Erfolg, wieso
soll jetzt die vertikale Integration eine
Chance haben?
– Kommunikationsnetzwerk Internet?
– offene Systeme?
– verteilte Logistik?
– Datenerfassungssysteme?
– E-Commerce?
• Online-Datenbanken/Dokumentationen
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Probleme in der Praxis
Systemintegration
– Schnittstellen
– Systemevaluation
am Beispiel der Gotthardroute
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