Anlagenbau & Prozesstechnik

Die Netzwerk-Schnittstelle reicht

Netzwerk basierte Visualisierung und -Bedienung von Anlagen in der Prozessindustrie mit integrierter Thin Client Technologie

04.03.2016 -

Bedienstationen aus Monitor, Tastatur und Maus mit Standard Ethernet Netzwerktechnik bietet Pepperl+Fuchs schon lange und auch in Edelstahl für die Prozessindustrie an. Neu ist die Netzwerktechnik mittels Thin Client basierter Monitore. Für die klassische chemische Industrie stehen die verschiedenen VisuNet Produktlinien zur Auswahl.

Der PC und die PC-basierte Visualisierung und Steuerung von Anlagen sind heute aus der Prozessindustrie nicht mehr wegzudenken. Immer mehr automatisierungstechnische Systeme verwenden Techniken und Geräte aus der IT-Welt. So sind Ethernet Netzwerke längst Standard in den meisten Anlagen, sei es als Kupferkabel Infrastruktur, mit Lichtwellenleitern und auch als Funknetzwerk (W-LAN). Auch die unteren Feldebenen mit SPS und Controller verwenden immer öfter zusätzliche PC-Komponenten, sei es zur Ethernet Kommunikation untereinander oder zum Datenaustausch mit darüber liegenden Scada- und Betriebsmanagement Systemen. Zur Visualisierung und Bedienung des Prozesses kommen auch für Steuerungen vermehrt PC-Module und PC-basierte Softwarepakete unter Windows oder Linux zum Einsatz.

Hardware Komponenten reduzieren
IT-Techniken wie die Virtualisierung von PCs und Servern halten in der Prozessindustrie bei größeren Anlagen Einzug, um die zunehmende Zahl an PC-Hardware Komponenten wieder zu reduzieren, bei gleichzeitiger Flexibilisierung und erhöhter Verfügbarkeit.
Durch diesen seit vielen Jahre anhaltenden Trend hat sich auch die Landschaft für die Bedien- und Anzeigegeräte für die Prozessindustrie verändert. Schon immer sind die mechanische Robustheit, chemische Beständigkeit und die große Distanz zum eigentlichen Host-Rechner gängige Anforderungen. Diese sind gepaart mit der Eignung für bestimmte Produktionsumgebungen wie Reinräume oder Atex Ex-Bereiche. Hinzugekommen sind Touch Screen Bedienung, immer größere Auflösung der Displays wegen gestiegener Komplexität der darzustellenden Prozessinformationen und neue Techniken der Datenverbindung.
War es früher die Punkt-zu-Punkt Verbindung von PC und Monitor mit analogen KVM-Extendern und limitierter Kabellänge, sind es heute netzwerkfähige Monitore mit digitaler Übertragung über nahezu beliebige Distanzen und Wahlfreiheit mit welchem PC oder Server im Netzwerk verbunden wird. Brauchte früher jede Bedienstation einen eigenen PC mit Betriebssystem und Software, reicht heute die Netzwerk Schnittstelle(n) der Monitore für eine Verbindung zu den Host Rechnern. Die Ethernet Netzwerkfähigkeit von Bedienstationen mit integriertem Thin Client ist heute eine notwendige Voraussetzung um sich mit einer Session auf einem Server oder virtualisierten Systemen zu verbinden.

Produktlinien für verschiedene Industrien
Pepperl+Fuchs hat diesen Trend schon früh erkannt und bietet seit mittlerweile 10 Jahren auch Bedienstationen aus Monitor, Tastatur und Maus mit Standard Ethernet Netzwerktechnik an. Die VisuNet Gerätefamilie impliziert Visualisierung in Netzwerken. Schon seit den 90er Jahren werden komplette Lösungen aus Monitor, Gehäuse- und Montagevarianten in Edelstahl für die Prozessindustrie angeboten. Hinzugekommen sind die jeweils aktuellen Bildschirmauflösungen wie zuletzt die Weit-Formate 16:10 und 16:9 „Full-HD“; und eben die Netzwerktechnik mittels Thin Client basierter Monitore. Auch wurden Produktlinien speziell für verschiedene Industrien geschaffen, da jede Branche ihre besonderen Anforderungen hat.
Die VisuNet XT Produktlinie ist speziell für die Outdoor Öl & Gas Industrie konzipiert, mit erweitertem Temperatur Bereich von -40 °C bis zu +65 °C Umgebungstemperatur, hoher mechanischer Robustheit und auch bei hellem Tageslicht lesbaren Displays. Hier sind Ex-Ausführungen für Atex Zone 2 und NEC/CSA Class I Div 2 erhältlich.
Für die klassische chemische Industrie stehen die VisuNet EX1 und die VisuNet IND Produktlinien zur Auswahl. Sie haben ein robustes Edelstahl Gehäuse und eine hohe Beständigkeit gegen Chemikalien und Reinigungsmittel. Der erweiterte Temperaturbereich von -20 °C bis +50 °C, sowie alle gängigen nationalen und viele internationale Zulassungen für Ex-Bereiche machen sie zu vielseitig einsetzbaren Bediengeräten inmitten der prozesstechnischen Anlagen.
Die VisuNet GMP und die VisuNet GXP Produktlinien haben eine spezielle Auslegung und ein mechanisches Finish für die Life Science Industrien wie Pharma, Kosmetik und Lebensmittel. Diese sind auch in pharmazeutischen Reinräumen, in nicht klassifizierten Produktionsumgebungen und in den Ex-Bereichen Atex Zone 1/21 und Zone 2/22 verwendbar. Immer dann, wenn es um leichte Reinigbarkeit und Desinfektion, geringe Oberflächenrauigkeit der Edelstahl Gehäuse und nahtloses sowie schlankes Design ohne Ablagerungsflächen geht, erfüllen diese Gerätelinien auch die weltweiten GMP Anforderungen (Good Manufacturing Practices) dieser „Regulierten Industrien“.

Bedarfsgerechte Konfiguration
Alle VisuNet Produktlinien unterscheiden sich in ihrer mechanischen Ausführung für die verschiedenen Industrien; die dahinter stehende Technologie, Displaytechnik und die Schnittstellen für lokal angeschlossenen Peripheriegeräte, sind jedoch nahezu identisch. Aus einem Baukastensystem können die Monitor-, Gehäuse- und Montageoptionen bedarfsgerecht konfiguriert werden. Auch die verfügbaren Folientastaturen mit einer antibakteriellen Polyesterfolie oder einer Edelstahlmembran Oberfläche sind an alle VisuNet Produkte anschließbar. Zur Cursorsteuerung stehen neben dem gut reinigbaren Touchpad auch alternativ ein einfach zu bedienender Trackball oder ein Joy­stick zur Auswahl. Alle Monitore sind entweder als Touch Screen oder mit einer entspiegelten Glasoberfläche wählbar. Neben einer Ausführung mit integriertem Windows 7 Industrie-PC für autarke Bedienstationen sowie heute eher selten nachgefragte Bedienstationen mit inte­griertem KVM Extender, werden heute überwiegend Netzwerk basierte Remote Monitore mit integriertem Thin Client eingesetzt.
Diese Remote Monitore mit Netzwerkanschluss, optional via Lichtwellenleiter oder W-Lan, bilden heute das Rückgrat der modernen industriellen Prozessvisualisierung und der Prozess- und Produktionssteuerung direkt in der prozesstechnischen Anlage. Zur Darstellung und Bedienung der PC- oder Server-basierten Anwendungssoftware, meist eine Scada oder MES Software, wird eines der Terminal Services Protokolle für Netzwerk Kommunikation verwendet. Am häufigsten wird heute das in alle Microsoft Windows Versionen integrierte RDP Protokoll verwendet. Aber auch andere Verbindungsprotokolle wie VNC oder ICA (Citrix Receiver) sind möglich. Damit können Videodaten und Bedieneingaben digital zwischen Host Rechner und Remote Monitor über ein Ethernet Netzwerk mit Switches und Routern übertragen werden, grenzenlos, zu und von allen dort vorhandenen Host Rechnern.

Abgesicherter Browser
Als Option kann auch ein abgesicherter „Restricted Web Browser“ auf Chrome Basis ohne Fensterrahmen und Funktionsmenüs eingesetzt werden. Er eignet sich für Web Server basierte Anwendungen auf dem Host Rechner, wie sie von einigen Scada und MES Softwareherstellern z. B. auf Basis von HTML5 angeboten werden. Auch hier merkt der Bediener vor Ort nicht, dass er mit einem Browser arbeitet.
Ein intuitives, für Touch Screen Bedienung ausgelegtes Einstellmenü zur Konfiguration des Remote Monitors, die sogenannte RM Shell, erlaubt dem Inbetriebnehmer passwortgeschützt alle Voreinstellungen und die zugelassenen Host Rechner und Sessions zu spezifizieren. Der Anwender merkt davon später nichts mehr: nach dem Einschalten des Monitors verbindet sich der Monitor automatisch und unsichtbar im Hintergrund mit dem Host Rechner, der Anwender sieht direkt seine Applikation auf dem Host Rechner, wie bei einem „normalen“ Monitor auch.
Wichtige Zusatzfunktionen der RM Shell, wie das Umschalten zwischen verschiedenen Host Rechnern per Tastenkombination oder die gleichzeitige Darstellung mehrerer Anwendungen (z. B. DCS und MES) auf einem Doppel Monitor (Extended Desktop) sind ebenso konfigurierbar wie die Spiegelung einer Anwendung auf weitere Monitore bei großen Anlagen mit mehreren alternativen Bedienplätzen. Konfigurationsmenüs für die datentechnische Integration optional anschließbarer Barcode- oder RFID-Leser, wie sie häufig in der Pharma- und Kosmetik- Industrie verwendet werden, oder für optional eingebaute W-LAN Antennen stehen zur Verfügung. All dies ist auch in Atex Ausführung möglich.

Sicher und anpassungsfähig
Wichtig für die Bediensicherheit und Verfügbarkeit sind eingebaute Mechanismen zur Erkennung einer Verbindungsunterbrechung zum Host Rechner und zur konfigurierbaren, automatischen Neuverbindung zu einem alternativen Host Rechner im Netzwerk bei Ausfall eines Host Rechners, ohne weiteres Zutun oder Umverdrahtung.
Für die IT-Sicherheit sorgen die neuesten Versionen der Verbindungsprotokolle, eine eingebaute Firewall und eine mögliche Deaktivierung der USB Schnittstellen für externe Speichermedien. Der interne Flash Speicher des integrierten Thin Client ist mit einem Schreibschutz versehen.
Sollte das Standard Baukastensystem einmal doch nicht ganz zu der Anforderung passen, wie dies z. B. manchmal bei den umfangreichen Randbedingungen in der Life Science Industrie der Fall ist, können auch kundenspezifische Anpassungen angeboten werden. Meist sind dies mechanische Änderungen, insbesondere für die Montage der Geräte in der Produktionsanlage. Ein Solution Engineering Center für HMI steht dazu jeweils für Europa, Amerika und Asia-Pacific zur Verfügung.

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