Unmittelbar auf die Systeme der Automatisierungstechnik wirken sich die Fortschritte im Bauelemente-Sektor aus. Zusammen mit Standardisierungs- und Normungsbestrebungen führen die Chip-Entwicklungen zu neuen Architekturen der Automatisierungssysteme. Werner Ammon diskutiert Folgerungen daraus und legt dabei den Schwerpunkt (entsprechend den Aktivitäten der AEG) auf die Automatisierungssysteme und die Kommunikation mit seriellen Bussen.
In Europa wurde Ende 1985 die EMUG (European MAP User Group) zur Mitarbeit an der MAP-Spezifikation gegründet, und auch in Japan hat sich eine entsprechende Gruppe gebildet. Daneben wird für die Büroautomatisierung unter dem Arbeitsnamen TOP (Technical Office Protocol) unter Führung einer Firmengruppe mit Boeing an der Spitze ein Übertragungsprotokoll entwickelt. TOP wird mit MAP koordiniert.
Diese Bemühungen zur Einführung in die Büro- und Industrieautomatisierung haben einen sehr praktischen Hintergrund. Hierzu ein repräsentatives Beispiel. So wird General Motors innerhalb der nächsten Jahre etwa 100 000 Automatisierungsgeräte von unterschiedlichen Herstellern einsetzen. Diese Geräte müssen miteinander gekoppelt werden. Das muß zumindest gruppenweise in den einzelnen Fertigungsstraßen geschehen. Dies und die Notwendigkeit, die Geräte "genormt miteinander sprechen" zu lassen, ist für General Motors ein riesiges Problem. Dies war der Anlaß die Entwicklung eines herstellerneutralen Standards für serielle Busse mit dem Arbeitsnamen MAP.
Der MAP-Standard wird zwar Herstellerneutralität garantieren, leider jedoch längere Reaktionszeiten haben. Dies rührt daher, daß bei jedem Nachrichtenaustausch auf Sender- und Empfängerseite alle ISO-Schichten bearbeitet werden müssen. Das ist aber mit dem Durchlaufen Umfangreicher Software verbunden. Außerdem sind die Telegrammköpfe stark mit Verwaltungsaufwand belastet. Als schneller Systembus mit kurzen Reaktionszeiten sind deshalb heute Derivate der MAP-Spezifikation im Gespräch wie "Enhanced Performance Architecture MAP" (kurz "EPA-MAP"). Zugunsten der verbesserten Realzeitfähigkeit will man den Durchlauf durch die ISO-Schichten vermindern oder - deutlicher gesagt - einige ISO-Schichten streichen beziehungsweise zumindest stark zusammenfassen.
Weitere Aspekte zukünftiger Kommunikationstechnik sind das Vordringen serieller Busse für die Ankoppelung der Prozeßein- und ausgabekarten an die nächsthöhere Verarbeitungseinheit. Hierbei sollen die sogenannten abgesetzten EA-Einheiten über einen Feldbus an das Automatisierungssystem herangebracht werden. Darüber hinaus werden auch die Sensoren und Aktuatoren mit Intelligenz ausgestattet und über diesen Feldbus angeschlossen - statt bisher durch individuelle Verdrahtung pro Sensor. Schließlich wird in Zukunft der Anschluß an oder die Einbeziehung öffentlicher Netze in Automatisierungssysteme verlangt werden.
Am deutlichsten werden alle Veränderungen in der Geräte- und Kommunikationstechnik, die durch die Entwicklung der Halbleitertechnologie hervorgerufen werden, in der Architektur der Automatisierungssysteme erkennbar. Sie hat sich gravierend gewandelt und ist im Begriff, sich noch weiter zu verändern.
Die Veränderung im Anforderungsprofil für Leitsysteme können etwa so zusammengefaßt werden: Die Zahl der Stationen im System und die Zahl der angeschlossenen Datenpunkte wird wachsen, es wird mehr Rechenleistung (Durchsatz) in den einzelnen Stationen benötigt werden, und gleichzeitig sollen die Reaktionszeiten im System kürzer und die Transportleistung der Busse größer werden. Immer häufiger werden Fehlertoleranz und Redundanz verlangt. Operative und dispositive Aufgaben werden nicht mehr von getrennten Automatisierungsgeräten oder Systemen bearbeitet, sondern wachsen auf allen Ebenen und auch in der Anwendersoftware der einzelnen Geräte zusammen.
Außerdem liegt es sowohl im Interesse des Herstellers als auch des Anwenders, die Leitsysteme mit möglichst geringem Ingenieuraufwand projektieren und programmieren zu können. Es wird weiter eine einheitliche und benutzerfreundliche Bedienung - bessere Bedienoberfläche - gewünscht. Die installierten Automatisierungsanlagen müssen mit geringem Aufwand erweitert werden können und der Installations- und Verkabelungsaufwand ist zu reduzieren. Zu diesen Forderungen kommen noch die mehr betriebstechnisch und wirtschaftlich orientierten Bedingungen, so daß sich insgesamt ein sehr komplexes Anforderungsprofil ergibt.
Durch die Möglichkeit der schnellen seriellen Kommunikation und auch durch die Tatsache, daß wegen der immer leistungsfähigeren Prozessortechnik immer mehr Intelligenz vor Ort, also an den Prozeß und an den Bediener, herangebracht werden kann, sind die streng hierarchisch aufgebauten Strukturen der Automatisierungssysteme früherer Zeiten überholt. Die alten, oft sternförmig orientierten Prozeßsteuerungssysteme waren auch nicht in der Lage, den schnellen Transport von vielen Daten an viele Stellen im System sicherzustellen, weil die hierarchische Struktur der verschiedenen Bearbeitungsebenen per se einen Engpaß darstellt. Ein Sternpunkt könnte die aufsummierte Menge der Daten aus den einzelnen Zweigen gar nicht mehr bewältigen. Zukünftig wird mit dem sogenannten "verteilten System" gearbeitet, mit dem sich die genannten Anforderungen wesentlich besser erfüllen lassen.
Kernstück des "verteilten Systems" ist ein sehr schneller serieller Systembus, an den direkt Stationen des Prozeßleitsystems angeschlossen sind und die unmittelbar und in beliebiger Kombination Nachrichten austauschen. EPA-MAP wird als Standard für diesen Bus erwartet.
Die Prozeßeingabe ist heute ebenfalls zunehmend verteilt und über serielle Feldbusse an die Stationen des verteilten Leitsystems angeschlossen. Dadurch wird der Verkabelungsaufwand zwischen Sensoren/Stellgliedern und Ein-/Ausgängen des Prozeßleitsystems stark reduziert.
Am oberen Ende des Prozeßleitsystems werden, wenn erforderlich, Betriebs- und/oder Planungsrechner angeschlossen. Die Verbindung zwischen mehreren Prozeßleitsystemen untereinander oder mit übergeordneten Betriebs-/Planungsrechnern wird über den herstellertoleranten, nicht aber auf kurze Reaktionszeiten ausgelegten System-Bus-MAP hergestellt.
Wesentlich ist also eine 3-Bus-Struktur, die sich auch dadurch erklärt und rechtfertigt, daß man die Daten zwischen "Erzeuger" und primärer Bearbeitungsstation über die niedrigst mögliche Ebene transportieren will. Auch im verteilten System kann aufgabenmäßig eine Hierarchie überlagert werden.
Dr.-lng. Werner Ammon ist Leiter der Abteilung Systemtechnik im Geschäftsbereich Automatisierungssysteme der AEG, Frankfurt. Der Artikel ist eine gekürzte Fassung eines Referates auf dem 21. Technischen Presse-Colloquium 1986.