Applikationsbeispiel: Anybus X-gateway

Bedienung von Schaltanlagen über Web-Technologie

Bei verfahrenstechnischen Anlagen sind die Energieversorgung – sprich die Mittel- und die Niederspannungsschaltanlage - aus Aufwandsgründen oft nicht an das Prozessleitsystem angeschlossen. Moderne Web-Techniken eröffnen hier dem Elektrobereich der Betriebe die Möglichkeit, wichtige Informationen aus dem Energie- und Motorverteiler zu visualisieren. Moeller (heute EATON) und HMS haben hierzu auf Basis der Anybus X-gateways das „WebVisu.Energy“-Konzept entwickelt. Hierbei wird ein industrieller Web-Server im Verteiler installiert und die Schaltzustände werden über einen PC mit Internet Explorer angezeigt.

Rainer Menden, Applikationsingenieur für vernetzte Systeme bei Moeller in Bonn, erläutert: „Betrachtet man den gesamten Markt der Schaltanlagen, so findet man, dass nur etwa 30% mit einem Feldbus ausgestattet sind. Dort wo die Leittechnik zu aufwändig ist und wo hauptsächlich Bedien- und Beobachtungsfunktionen benötigt werden, definiert Moeller die neue Ebene der webbasierten Visualisierung, kurz ‘WebVisu.Energy’." Für Menden liegt diese Ebene preislich und leistungsmäßig klar unterhalb der Leittechnik. „Die relevanten Daten werden über Ethernet-TCP/IP übertragen und damit weltweit verfügbar“, erklärt Menden.

FotoSchraubendreher und IP-Adresse werden zum Standardwerkzeug
Zur schnellen Störungsbeseitigung in verteilten Anlagen braucht der Elektrobereich in chemischen oder pharmazeutischen Produktionsanlagen zeitgemäße Werkzeuge. Störungsmeldung über SMS oder E-Mail, Alarm und Schnelldiagnose über das überall vorhandene Intranet sind die Werkzeuge der Zeitersparnis. Der Einblick in das Befinden des Energieverteilers zeigt den einphasigen Stromlaufplan, die elektrische Schaltung und die Funktion der Abgänge an. Dynamische Grafikelemente visualisieren die aktuellen Zustände der Leistungsschalter oder Motorstarter. Als weiteres Kriterium für den Betriebszustand wird auch die Einspeisespannung und der aktuelle Strom von der „WebVisu.Energy“ angezeigt. Die Grafikqualität der Bilder und die Auflösung stehen der eines Leitsystems nicht nach. Auch die Reaktionszeit ist beachtlich. Sie wurde von Moeller im europaweiten Einsatz zu typisch 350 ms ermittelt. Neben den beschriebenen Statusinformationen sind aber im Störungsfall auch Bedieninformationen aus Handbüchern oder die Stückliste der Anlage wichtig. Dazu stellt der integrierte Web-Server des Anybus X-gateways auch die Bedienhandbücher als PDF-Dokument zum Download bereit.

ScreenshotCEE-Steckdosen bekommen RJ45-Gesellschaft
Das Moeller "WebVisu"-Konzept unterscheidet sich in seiner Architektur grundsätzlich von der eines Leitsystems, da alle Hard- und Software zum Bedienen und Beobachten direkt im Web-Server des Anybus X-gateways hinterlegt ist. Der Energieverteiler enthält also den Web-Server als Gerät genauso wie den Leistungsschalter. Der Anlagenbetreiber schließt neben den Energieabgängen nun den Schaltschrank über Ethernet an sein Firmennetz an. Von jedem Ort aus kann nun auf die Webseiten des Gateways zugegriffen werden und so der Schaltzustand des Energieverteilers überwacht werden. Marktübliche HTML-Editoren werden zur Bilderstellung verwendet. Der Stromlaufplan und die Schaltschrankansicht werden aus dem CAE-System exportiert. Für die Dynamisierung stehen im Web-Server Applet-Bausteine zur Verfügung, die an den entsprechenden Stellen verwendet werden. Diese Bausteine sind so universell gestaltet, dass sie verschiedenste grafische Möglichkeiten eröffnen. Die dynamische Darstellung eines Kontaktes und die Farbumschläge von Strompfaden bei Spannungsänderungen gehören zu den typischen Funktionen. Die Ist-Werte werden über Java-Applets kontinuierlich aktualisiert. Damit ist sichergestellt, dass der Nutzer immer die "Gegenwart" sieht.

Architektur der „WebVisu.Energy“ setzt auf industrielle Standardbausteine
Web-Server, Ethernet und Browser bilden die Standardbausteine auf der Bedienerseite. Für die Informationserfassung der binären Informationen wird das Aktuator-Sensor-Interface (AS-Interface) genutzt. Das AS-Interface-Datenkabel ist eine ungeschirmte Zweidrahtleitung und wird wie normale Steuerleitungen verlegt, das passt ideal zu den Bedürfnissen des Schaltschrankbaues. Die Anordnung der E/A-Bausteine direkt neben den Schaltgeräten sichert kurze Leitungswege zu den Hilfskontakten der Schütze, Leistungsschaltern oder Sicherungen. Attraktive Lösungen entstehen so durch „Kombination“ von etablierten Standards.

Anybus-Technologie als Pfeiler des SystemdesignsX-gateway
Die "WebVisu.Energy" ist für den internationalen Einsatz ausgelegt und muss daher einfach an die jeweils bevorzugten industriellen Kommunikationssysteme anpassbar sein. Die modulare Plattform der Anybus X-gateways von HMS Industrial Networks bietet beste Voraussetzungen dafür. Die Anybus X-gateways bestehen aus zwei unabhängigen Busmodulen und einem Gateway-Prozessor zur logischen Verbindung der beiden Module miteinander. Für die WebVisu.Energy kommt das Ethernet-Kommunikationsmodul zur Anbindung an Ethernet-TCP/IP auf der Netzwerkseite und je nach Anwendungsfall das Master-Modul für AS-Interface, Profibus oder DeviceNet auf der Feldbusseite zum Einsatz. Der Zugriff auf die Feldbusdaten kann über Ethernet-TCP/IP simultan über das http-Protokoll (Web-Server) oder über die Industrial-Ethernet-Protokolle Modbus-TCP oder Ethernet-IP erfolgen.

ScreenshotIntegrierter Web-Server
Der integrierte Web-Server des Anybus X-gateways bildet das Kernstück von "WebVisu.Energy". Er ist auf dem Ethernet-Kommunikationsmodul des Anybus X-gateways realisiert und basiert auf einem leistungsfähigen Filesystem mit RAM- und Flash-Disk. Insgesamt stehen 1,4 MByte freier Speicherplatz für die darzustellenden Webseiten zur Verfügung. Über die Darstellung rein statischer HTML-Inhalte hinaus zeichnet sich der embedded Web-Server durch seine umfangreichen Möglichkeiten zur Darstellung dynamischer Inhalte aus. Dynamische Inhalte im Sinne von "WebVisu.Energy" sind die aktuellen Schaltzustände und Stromwerte der über den Feldbus angebundenen Schaltgeräte sowie die zugehörigen Diagnose- und Fehlermeldungen. Um eine stets aktuelle Darstellung dieser Daten auf dem Bildschirm des Web-Browsers zu ermöglichen, wurden spezielle Java-Applets entwickelt, die regelmäßig die aktuellen Schaltzustände aus dem Gateway auslesen, zum PC übertragen und dem Browser zur Einblendung in die in HTML geschriebenen statischen Webseiten übergeben. Die Java-Applets wurden von HMS speziell für den Einsatz in "WebVisu.Energy" entwickelt und zeichnen sich durch sehr einfach gehaltene Software-Schnittstellen aus. Sie arbeiten völlig unabhängig vom unterlagerten Feldbussystem. Einmal erstellte Webseiten sind so problemlos auf andere Gateway-Versionen mit anderen Feldbusvarianten übertragbar.