atp edition Bedienbilder auf Knopfdruck (Vorschau)

11 / 2011 

53. Jahrgang B3654 

Oldenbourg Industrieverlag 

Automatisierungstechnische Praxis 

Bedienbilder auf Knopfdruck | 30 

Softwareagenten für 

das Testmanagement | 40 

Kompatibilität: der zentrale 

Schlüssel für Nachhaltigkeit | 50 

Verfügbarkeitsberechnung von 

Automatisierungsnetzwerken | 58

Effiziente Bedienung – optimale Produktion? 

Definitiv. 

Das ideale Prozessleitsystem liefert dem Anlagenfahrer alle wichtigen Informationen 

für schnelle und richtige Entscheidungen. Somit behält er auch in schwierigen 

Situationen den Überblick, kann effektiv eingreifen und so Anlagenausfälle vermeiden. 

Mit den modernen und besonders ergonomischen Bedienoberflächen 

von ABB gibt es keine Alarm- und Informationsüberflutung. Dadurch kann sich 

der Anlagenfahrer auf das Wesentliche konzentrieren und die Produktivität der 

Anlage erhöhen. Wünschen Sie sich auch so eine effiziente Anlagenbedienung? 

www.abb.de/controlsystems 

ABB Automation GmbH 

Tel. +49 69 7930 4142 

Fax. +49 69 7930 4499 

E-Mail: process.automation@de.abb.com

editorial 

Integration – der Schlüssel 

zum Leitsystem der Zukunft 

Die Prozessleittechnik, für manche die Königsdisziplin der industriellen Automatisierung, 

steht nicht mehr so im Mittelpunkt wie noch vor Jahren. Das 

mag man beklagen, aber eigentlich ist das ja die Idealvorstellung. Denn die Leittechnik 

tritt geräuschlos in den Hintergrund, während sie immer größere Komplexitätsgrade 

in der Produktion beherrschen hilft und die Betreiber sich auf ihr 

Kerngeschäft konzentrieren können. 

In den letzten Jahren haben moderne Leitsysteme immer mehr Funktionen 

übernommen: Geräteintegration, Diagnose, Anlagenoptimierung, Integration 

sicherheitsgerichteter Funktionen, Advanced Process Control, Informationsmanagement, 

Alarmmanagement, Virtualisierung, Kopplung mit Business Systemen 

und so fort. All das sind heute integrierte Bausteine einer modernen 

Leitsystem architektur, die Anlagenbetreibern einen klaren Zusatznutzen verschaffen: 

mehr Produktivität und weniger Risiken über den Lebenszyklus der 

Komponenten hinweg. 

Ein weiterer Baustein ermöglicht die intelligente Nutzung von Energie. Zeitgemäße 

Leitsysteme kommunizieren über den IEC 61850 Standard mit der Energietechnik. 

Die Vorteile: Auch der Energiebedarf wird optimiert, signifikante 

Einsparpotenziale werden im Interesse einer nachhaltigen Produktion möglich. 

Mit der FDI-Initiative zur Geräteintegration (Namur-Empfehlung 105) wird eine 

weitere wichtige Erkenntnis umgesetzt. Integration muss Zusatznutzen ermöglichen, 

aber gleichzeitig unerwünschte Rückwirkungen, insbesondere auf die 

Kernfunktionen des Leitsystems, ausschließen. 

Weniger Schnittstellen in einem integrierten System erhöhen auch die Sicherheit 

und verhindern Netzattacken. Konventionell vernetzte Leitsysteme haben 

hier einen klaren Nachteil. 

Je komplexer und umfassender die Leittechnik, desto wichtiger ihr Werterhalt. 

Die Software-Wartung gewährleistet dabei nicht nur die Produktivität der Anlage. 

Kontinuierlicher Service zeigt auch Potenziale zur Betriebsoptimierung auf. 

Neue Bausteine beispielsweise zur Advanced Process Control oder zum Energiemanagement 

erhöhen wiederum die Produktivität. 

Doch was können künftige Entwicklungen noch leisten? Hier rücken neue 

Bedienkonzepte ins Blickfeld. Die jungen Bediener von heute, die Digital Natives, 

haben andere Ansprüche. Es ist heute schon schwer, gute Bediener für Anlagen 

zu finden, die stundenlang aufmerksam die Produktion beobachten. Erforderlich 

sind deshalb moderne, zeitgemäße Konzepte, die die Aufmerksamkeit erhalten 

und den Blick auf das Wesentliche lenken. 

Auch die kommenden Jahre werden viele neue Anforderungen stellen, bei 

deren Lösung Leitsysteme eine entscheidende Rolle spielen werden. Eine sinnvolle 

Integration der Funktionen wird das Schlüsselthema einer zukunftsgerichteten 

Leitsystemarchitektur sein. 

Dr. Peter Terwiesch, 

Vorstandsvorsitzender der ABB AG 

und Leiter der Region Zentraleuropa 

atp edition 

11 / 2011 

3

Inhalt 11 / 2011 

Verband 

8 | Hans Heinz Zimmer als Vorstand des 

europäischen Ingenieurverbands bestätigt 

Dechema ehrt Alfred Pühler und Jens Weitkamp 

Esco Forum im ZVEI und NRW-Landesstelle 

des Verbandes bestimmen neue Vorstände 

Forschung 

9 | Thomas Bauernhansl leitet das Institut für Produktionstechnik 

DKE unterstützt Diplomarbeiten zu Branchentrends 

Deutschland führend in der Mikrosystemtechnik 

branche 

10 | Elektrische Prozessautomation erreicht ein Plus 

von 15 Prozent – gedämpfte Zuversicht für 2012 

Robotik und Automation erwarten neue Rekorde 

Wireless: auf dem Weg zu einheitlichen Standards 

11 | FDI Cooperation soll eine gemeinsame und 

einheitliche Integrationstechnologie vorantreiben 

Innovationspreis für Sensorik und Messtechnik 

12 | Normung als Schlüsselfaktor: aktiv mitwirken, 

intensiv kooperieren und gemeinsam gestalten 

14 | Erst die richtige Kombination explosions geschützter 

Elektogeräte macht Anlagen sicher 

18 | Redundanzmodule überwachen Stromversorgung 

ab Ausgangsspannung bis zur Verdrahtung 

4 


11 / 2011

Praxis 

20 | Füllstand von Flachmännern wird im 

Durchlicht-Verfahren effizient kontrolliert 

24 | Durchgängige Softwarelösung von der 

Produktion bis zur Qualitätssicherung 

28 | Software zur Prozessmodellierung 

vereinfacht den Übergang von Pilotphase 

zu kommerzieller Anlage 

Hauptbeiträge 

30 | Bedienbilder auf Knopfdruck 

F. Doherr, L. Urbas, O. Drumm und V. Franze 

40 | Softwareagenten für das Testmanagement 

M. Nadj, C. Malz, N. Jazdi und P. Göhner 

50 | Kompatibilität: der zentrale Schlüssel 

für Nachhaltigkeit 

R. Schrieber, M. Wollschlaeger, M. Mühlhause 

und J. Niemann 

58 | Verfügbarkeitsberechnung von 

Automatisierungsnetzwerken 

Karl-Heinz Niemann 

rubriken 

3 | Editorial 

66 | Impressum, Vorschau

VigilantPlant: 

das Automatisierungskonzept von Yokogawa 

Im Sinne der klassischen Automatisierungspyramide 

stellen die vier Initiativen von VigilantPlant Ihren 

Weg zur Operational Excellence sicher. 

Yokogawa Deutschland GmbH · Broichhofstraße 7-11 · D-40880 Ratingen 

Telefon +49(0)2102- 4983-0 · Telefax +49(0)2102- 4983-22 · www.yokogawa.com/de · info@de.yokogawa.com

verband 

Hans Heinz Zimmer als Vorstand des 

europäischen Ingenieurverbands bestätigt 

Der Vorstandsvorsitzende des VDE (Verband der 

Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V.) 

Dr.-Ing. Hans Heinz Zimmer ist für weitere drei Jahre in 

den Vorstand der Europäischen Vereinigung nationaler 

Ingenieurverbände (FEANI) gewählt worden. Dies beschloss 

die Generalversammlung des internationalen 

Verbandes Anfang September in Genf. 

Als Präsident bestätigten die FEANI-Mitglieder den 

Dänen Lars Bytoft. Er ist für eine zweite Amtszeit von 

drei Jahren gewählt worden. Vizepräsident ist Dr. Rafael 

Fernandez Aller aus Spanien. Den weiteren Vorstand 

neben Hans Heinz Zimmer bilden Prof. Dr. Karl Gotlih 

(Slowenien), Prof. Eng. José Manuel Pereira Vieira (Portugal), 

Jonathan Layton Prichard (Großbritannien), Peter 

Reichel (Österreich), Daniel Ameline 

(Frankreich) und Dr.-Ing. Roberto 

Brandi (Italien). 

Im kommenden Jahr tritt Mazedonien 

dem Verband FEANI bei. Prof. Dr. 

Alexander Dimitrov repräsentiert 

dann den nationalen ingenieurwissenschaftlichen 

Verband IMI (Engineers’ 

Institution of Macedonia). 

Hans Heinz 

Zimmer Bild: VDE 

VDE VERBAND DER ELEKTROTECHNIK 

ELEKTRONIK INFORMATIONSTECHNIK e.V., 

Stresemannallee 15, D-60596 Frankfurt am Main, 

Tel. +49 (0) 69 630 80, Internet: www.vde.com 

Dechema ehrt Alfred Pühler und Jens Weitkamp 

Mit ihrer höchsten Ehrung würdigt die Dechema Gesellschaft 

für Chemische Technik und Biotechnologie 

e.V. sowohl Prof. Dr.-Ing. Jens Weitkamp als auch Prof. 

Dr. Alfred Pühler. Ihnen wurde im Rahmen des 8th European 

Congress of Chemical Engineering am 25. September 

in Berlin die Ehrenmitgliedschaft verliehen. 

Für den Einsatz zur Entwicklung der modernen Biotechnologie 

in Deutschland und die Etablierung der Technologie 

in der Dechema erhält Alfred Pühler die Auszeichnung. 

Er engagierte sich bei der Gründung der Fachsektion 

Biotechnologie sowie der Einführung neuer Arbeitsgebiete. 

Im Jahre 2008 erhielt der Physiker bereits die 

Dechema-Medaille für außerordentliche Verdienste. Das 

Bundesverdienstkreuz erhielt er ein Jahr später für sein 

Wirken als Wissenschaftler und für die Gesellschaft. Jens 

Weitkamp erhält die Ehrenmitgliedschaft in Würdigung 

seines erfolgreichen Einsatzes für die Zeolith- und Katalyseforschung, 

sein Wirken im Dechema-Vorstand und der 

Etablierung von ProcessNet. Er trug dazu bei, der Zeolith- 

Forschung bedeutendes Ansehen zu verleihen. Dabei war 

ihm die Verknüpfung von Grundlagenforschung und industrieller 

Anwendung stets wichtig. Der Chemiker besitzt 

bereits zahlreiche internationale Auszeichnungen. 

DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik 

und Biotechnologie e.V., 

Theodor-Heuss-Allee 25, D-60486 Frankfurt am Main, 

Tel. +49 (0) 69 756 40 

Esco Forum im ZVEI und NRW-Landesstelle 

des Verbandes bestimmen neue Vorstände 

Gewählt: Marcus 

Bort, Jobst Klien und 

Peter Köhler (v.l.n.r.). 

Bilder: ZVEI/Weidmüller 

Das „Esco Forum“ im ZVEI (Zentralverband Elektrotechnik- 

und Elektronikindustrie e. V.) hat einen neuen Vorstand. 

Die Vorsitzenden sind Marcus Bort (EnBW Energy 

Solutions) und der im Amt bestätigte Dr. Jobst Klien (Hochtief 

Energy Management). Im „Esco Forum“ sind Energiedienstleister 

und Contracting-Unternehmen organisiert. Der 

Schwerpunkt liegt hier bei der Energieeffizienz. Zum siebenköpfigen 

Vorstand gehören ebenfalls Rüdiger Peter 

Quint (Gasag Wärmeservice), Peter Eilers (Imtech), 

Dr. Karl Gerhold (Getec), Dr. Reiner Lübke (MVV) und 

Norbert Speckmann (Cofely). „Der Ausbau der erneuerbaren 

Energien und der Aus- und Umbau der Netzinfrastruktur 

zu intelligenten Netzen sind für die Energiewende 

wesentlich. In der Energieeffizienzsteigerung bestehen 

enorme Potenziale, die sich kurzfristig realisieren lassen“, 

so der neue Vorsitzende Bort. In das Energiesystem der 

Zukunft müssen viele Akteure einbezogen werden. Sie 

sind keine passiven Abnehmer von Endenergie mehr, 

sondern partizipieren als Investoren an Effizienztechnik 

und dezentralen Systemen. 

Einen neuen Vorstand gibt es auch in der Landesstelle 

Nordrhein-Westfalen des ZVEI. Dr. Peter Köhler, Vorstandssprecher 

des Industrial-Connectivity-Herstellers 

Weidmüller, wurde in das Amt gewählt. 

ZVEI – Zentralverband Elektrotechnik- und 

Elektronikindustrie e. V., 

Lyoner Str. 9, D-60528 Frankfurt am Main, 

Tel. +49 (0) 69 630 22, Internet: www.zvei.org 

8 


11 / 2011

forschung 

Thomas Bauernhansl leitet das 

Institut für Produktionstechnik 

Prof. Dr.-Ing. Thomas Bauernhansl übernimmt mit 

Prof. Dr.-Ing. Alexander Verl die Führung des 

Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung 

IPA in Stuttgart. Zudem wird Bauernhansl 

das Universitätsinstitut für Industrielle Fertigung und 

Fabrikbetrieb (IFF) leiten. 

Der neue Leiter Bauernhansl unterhält gute Beziehungen 

zu Industrie und Forschung. Nach seiner Promotion am 

Lehrstuhl für Produktionssystematik des Laboratoriums für 

Werkzeugmaschinen und Betriebslehre (WZL) der RWTH 

Aachen arbeitete der heute 42-Jährige bei der Freudenberg 

KG. Dort bekleidete er den Posten als Geschäftsführer im 

Bereich Werkzeugbau und schließlich als Sprecher der Geschäftsführung. 

Zuletzt war er als Leiter Global Process 

Technology für die Produktionsführung in über 50 Standorten 

verantwortlich. Dort befasste er sich mit der Standortund 

Fabrikplanung, der Produktionsverlagerung und dem 

Anlaufmanagement neuer Produkte, sowie der Investitionsplanung 

und Herstellung der Formgebungswerkzeuge. 

Bauernhansl folgt Prof. Engelbert Westkämper, der in 

den Ruhestand geht. Westkämpers wissenschaftliche 

Schwerpunkte lagen im Bereich Digitale 

und Virtuelle Produktion, Advanced 

Industrial Engineering, intelligente 

Produktionssysteme und 

Life Cycle Management. 

Auf europäischer Ebene erlangte 

Westkämper großen Einfluss als 

Gründungsmitglied der Expertengruppe 

„Future Manufacturing 

Technology – Manufuture“. Nach 

Thomas Bauernhansl 

übernimmt 

das Fraunhofer-IPA 

in Stuttgart. 

Bild: Fraunhofer. 

seiner Emeritierung will Westkämper weiter an EU-Programmen 

mitwirken. 

In Stuttgart profitiert man nun von den neuen Ideen 

von Thomas Bauernhansl. Er will dank seiner internationalen 

Erfahrung der anwendungsorientierten Forschung 

entscheidende Impulse geben. 

Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung 

der angewandten Forschung e.V., 

Hansastraße 27c, D-80686 München, 

Tel. +49 (0) 89 120 50, Internet: www.fraunhofer.de 

DKE unterstützt Diplomarbeiten zu Branchentrends 

Die DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik 

Informationstechnik im DIN und VDE (VDE | DKE) 

unterstützt Abschlussarbeiten, die sich mit Elektromobilität, 

technischen Assistenzsystemen (Ambient Assisted 

Living) oder Smart Grid befassen. Das Sience-to-Standards-Programm 

(STS) der DKE bietet Studierenden deutscher 

Hochschulen ein halbjähriges Stipendium und 

Kontakte zu Experten aus der Industrie. Die Stipendiaten 

erhalten überdies die Möglichkeit, Einsicht in die Erarbeitung 

von Normen und Standards zu nehmen. 

Teilnahmeberechtigt sind Diplom-, Bachelor-, oder Masterarbeiten, 

in denen die Autoren analysieren, inwieweit 

strategisch ausgerichtete Normungsvorhaben die Entwicklung 

und Markteinführung von elektrotechnischen 

Systemen und Produkten fördern können. Das Sience-to- 

Standards-Programm startete bereits 2009 mit dem Ziel, 

technologische Trends kontinuierlich zu beobachten. 

Gleichfalls legen die Initiatoren großen Wert auf die 

Vernetzung zwischen Forschung und Industrie an deutschen 

Hochschulen. 

Weitere Informationen erhalten Interessenten unter 

der E-Mail-Adresse: standardisierung@vde.com 

DKE Deutsche Kommission 

Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik 

im DIN und VDE, 

Stresemannallee 15, D-60596 Frankfurt am Main, 

Tel. +49 (0) 69 630 80, Internet: www.dke.de 

Deutschland führend in der Mikrosystemtechnik 

Mikrosystemtechnik wird in den kommenden Jahren in 

Deutschland neue Arbeitsplätze schaffen und einen 

wachsenden Anteil an der Wertschöpfung haben. Das ist 

das Ergebnis einer Studie von Prognos, die auf dem 4. Mikrosystemtechnikkongress 

in Darmstadt Mitte Oktober vorgestellt 

wurde. Bis zum Jahr 2020 wird demnach die Zahl der 

direkt oder indirekt mit der Mikrosystemtechnik verbundenen 

Arbeitsplätze um mehr als ein Viertel von derzeit 

754 000 auf 963 000 steigen. Der Marktanteil Deutschlands 

am weltweiten Gesamtumsatz der Mikrosystemtechnik 

dürfte von derzeit 19 auf 21 Prozent wachsen. 

Wolf-Dieter Lukas, Abteilungsleiter für Schlüsseltechnologien 

im Bundesministerium für Bildung und Forschung 

(BMBF) sieht die Forschungsförderung als we 

sentlichen Innovationstreiber. Sie soll, so der Abteilungsleiter, 

zukünftig noch ausgebaut werden. 

Trotz des fortgeschrittenen Reifegrads der Mikrosystemtechnik 

widmeten sich die Beiträge auf dem Kongress 

den technologischen Grundlagen, also Materialien und 

Mikrofertigungsverfahren. An diesen Grundlagen werde, 

laut VDE, ständig weiter gearbeitet. Besonderen Auftrieb 

für die Mikrosystemtechnik erwartet die Branche in 

Entwicklungserfolg-abhängigen Bereichen wie Energieeffizienz, 

E-Mobility und Smart Grids. 

VDI | VDE Innovation + Technik GmbH, 

Steinplatz 1, D-10623 Berlin, Tel. +49 (0) 30 310 07 80, 

Internet: www.mikrosystemtechnik-kongress.de 


11 / 2011 

9

anche 

Elektrische Prozessautomation erreicht ein Plus 

von 15 Prozent – gedämpfte Zuversicht für 2012 

Die elektrische Prozessautomation zeigt sich bislang 

unbeeindruckt von den wirtschaftlichen Turbulenzen: 

„Wir rechnen für dieses Jahr mit einem Wachstum 

von knapp 15 Prozent bei den weltweiten Auftragseingängen“, 

sagte Michael Ziesemer, Vorsitzender des Fachbereichs 

Messtechnik und Prozessautomatisierung. Für 

2012 erwartet er eine weitere Zunahme der Auftragseingänge 

im mittleren einstelligen Bereich – „falls nicht die 

Finanzmärkte noch dunkle Wolken herüberschicken“. 

Bei den Abnehmerbranchen sei das Wachstum breit 

abgestützt. „Die Wachstumsspitzen liegen in den Branchen 

rund um die Energieträger Öl und Gas sowie erneuerbare 

Energien. Dem gegenüber liegt das Geschäft in der 

Chemie noch zurück. Insbesondere die Geschäftsbereiche 

Instrumentierung und das Systemgeschäft sorgen 

zurzeit für die gute Entwicklung“, so Ziesemer. 

Der ZVEI ist zuversichtlich, dass trotz der Euro-Schuldenkrise 

die gesamte deutsche Elektronindustrie auch 

im nächsten Jahr weiter wachsen wird. Verbandspräsident 

Friedhelm Loh: „2012 dürften wir ein Produktionsplus 

von fünf Prozent schaffen – wenn die Staaten vor 

allem in Europa ihre Schuldenprobleme in den Griff 

bekommen.“ Für 2011 Jahr schätzt der ZVEI, dass die 

Elektroindustrie ein Produktionsplus in Höhe von zehn 

Prozent und damit wieder mehr als 180 Milliarden Euro 

Umsatz erzielt. Unterdessen wächst die deutsche Elektroindustrie 

weiter und beschleunigt das Tempo sogar 

wieder. Im August seien die Auftragseingänge der Branche 

um sechs Prozent gegenüber Vorjahr gestiegen. Sowohl 

die Auslands- als auch die Inlandsbestellungen 

hätten im August um sechs Prozent zugelegt. 

ZVEI – ZENTRALVERBAND ELEKTROTECHNIK- UND 

ELEKTRONIKINDUSTRIE E.V., 

Lyoner Straße 9, D-60528 Frankfurt am Main, 

Tel. +49 (0) 69 630 20, Internet: www.zvei.org 

Robotik und Automation erwarten neue Rekorde 

Für 2011 erwartet der VDMA-Fachverband Robotik und 

Automation einen Rekordumsatz. Er soll um 37 Prozent 

auf 10,3 Milliarden Euro steigen, wie Geschäftsführer 

Thilo Brodtmann betont. Für 2012 geht der Verband von 

weiterem Wachstum aus. Denn die anhaltend starke Zunahme 

der Auftragseingänge in den ersten sieben Mona- 

9,3 6,2 7,5 10,3 11,1 

2008 2009 2010 2011 

(Prognose) 

2012 

(Prognose) 

Höhenflug: 

Der VDMA 

Robotik und 

Automation 

erwartet 

deutliche 

Steigerungen. 

(Quelle: VDMA) 

ten des Jahres 2011 sichere 2012 ein weiteres Umsatzwachstum 

von sieben Prozent auf 11,1 Milliarden Euro. 

Es werde allerdings erwartet, dass die Dynamik bei den 

Auftragseingängen in den kommenden Monaten zyklisch 

bedingt nachlasse. Unsicherheitsfaktoren seien die Schuldenkrise 

und die Verwerfungen auf den Finanzmärkten. 

2011 dürften alle drei Teilbranchen Rekorde erzielen: 

Der Umsatz von Montage- und Handhabungstechnik 

werde 2011 sechs Milliarden Euro überschreiten (plus 

42 Prozent). Die Robotik soll 2,7 Milliarden Euro (plus 

38 Prozent) erreichen. Der Umsatz der industriellen Bildverarbeitung 

werde sich um weitere 20 Prozent auf 

1,5 Milliarden Euro erhöhen. 

VERBAND DEUTSCHER MASCHINEN- 

UND ANLAGENBAU E.V. 

Lyoner Straße 18, D-60528 Frankfurt/Main, 

Tel. +49 (0) 69 660 30, Internet: www.vdma.org 

Wireless: auf dem Weg zu einheitlichen Standards 

Die Namur-Empfehlung 133 „Wireless Sensor Netzwerke: 

Anforderungen an die Konvergenz der verfügbaren 

Standards“ ist nun in einer zweiten Version verfügbar. 

Darin werden unter anderem die Anwenderanforderungen 

an den aktuellen Stand der Technik angepasst, 

ergänzende Anforderungen an physikalische Netze sowie 

Security-Maßnahmen und Verfügbarkeitsanforderungen 

formuliert und die Ergänzungen der chinesischen 

WIA Alliance berücksichtigt. Damit reagiert die 

Namur auf die Fortschritte in den Bemühungen um einen 

einheitlichen Standard für drahtlose Sensornetzwerke. 

Die NE 133 war in einer ersten Version 2010 veröffentlicht 

worden als Reaktion auf die drohende Konkurrenz 

von inzwischen drei Standards für drahtlose Sensornetzwerke. 

Beteiligt waren daran auch die WIB, ISA, 

Hart Communication Foundation und Hersteller von 

WirelessHart wie auch von ISA-SP100-Produkten. 

Mit der zweiten Version der NE 133 ist erstmals eine 

Namur-Empfehlung auch in Chinesisch verfügbar. Damit 

will die Namur unterstreichen, dass an einer Einigung 

auf globaler Ebene alle Betroffenen beteiligt sein sollten. 

NAMUR – GESCHÄFTSSTELLE, 

c/o Bayer Technology Services GmbH, 

Gebäude K 9, D-51368 Leverkusen, 

Tel. +49 (0) 214 307 10 34, Internet: www.Namur.de 

10 


11 / 2011

FDI Cooperation soll eine gemeinsame und 

einheitliche Integrationstechnologie vorantreiben 

Die fünf Interessenverbände FDT Group, Fieldbus 

Foundation, Hart Communication Foundation, Profibus 

& Profinet International und OPC Foundation haben 

eine einheitliche Lösung für die Feldgeräteintegration 

(Field Device Integration, FDI) entwickelt und nun eine 

gemeinsame Firma gegründet, um ihre Anstrengungen 

in diesem Rahmen fortzusetzen. Die FDI Cooperation, 

LLC soll für für das Management einer gemeinsamen 

und einheitlichen Lösung für die Feldgeräteintegration 

(FDI) zuständig sein. 

Vertreter aller beteiligten Organisationen haben kürzlich 

die entsprechenden Verträge untezeichnet. Die FDI 

Cooperation wird von einem Vorstand geführt, der sowohl 

aus Vertretern der beteiligten Organisationen als 

auch Managern weltweit führender Leitsystem- und Gerätehersteller 

wie ABB, Emerson, Endress+Hauser, Honeywell, 

Invensys, Siemens und Yokogawa besteht. 

Hans-Georg Kumpfmüller von Siemens übernimmt die 

Position des Vorstandsvorsitzenden. Achim Laubenstein 

von ABB wurde zum Geschäftsführer ernannt. 

Die Organisation hat sich folgende Ziele gesetzt: 

Abschluss der Standardisierung von FDI in der IEC 

Betreuung der FDI-Spezifikation 

Fertigstellung der FDI-Toolkits für System- und 

Gerätehersteller 

Das FDI-Projekt wurde im Jahre 2007 ins Leben gerufen und 

seitdem in Richtung der konvergierten FDI-Lösung voran- 

Nach getaner Arbeit, v.l.n.r.: Rich Timoney (Fieldbus 

Foundation), Jörg Freitag (Profibus & Profinet International), 

Thomas Burke (OPC Foundation), Glenn Schulz (FDT Group) 

und Ron Helson (Hart Communication Foundation) unterzeichneten 

die Verträge zur Gründung der FDI Cooperation. Foto: FDI 

getrieben. FDI bezeichnet eine einheitliche Lösung, die 

einfache und komplexe Feldgeräte einschließt und den verschiedenen 

Aufgaben in allen Lifecycle-Phasen dieser Geräte 

Rechnung trägt. 

FDI Cooperation LLC, 

c/o Hans-Georg Kumpfmüller, 

Östliche Rheinbrückenstrasse 50, D-76187 Karlsruhe, 

Tel.: +49 (721) 595 45 60, 

Internet: www.fdi-cooperation.com 

Innovationspreis für Sensorik und Messtechnik 

Noch bis zum 16. Januar können Bewerbungen für den 

AMA-Innovationspreis 2012 eingereicht werden. Mit 

dieser Auszeichnung würdigt der AMA Fachverband für 

Sensorik innovative, wissenschaftliche Entwicklungen 

mit erkennbarem Marktansatz aus den Bereichen Sensorik 

und Messtechnik. Bewerben können sich Einzelpersonen 

und Entwicklerteams mit innovativen, herausragenden 

Forschungs- und Entwicklungsleistungen. Dotiert 

ist der Preis mit 10 000 Euro. 

Der AMA-Innnovationspreis wird seit zwölf Jahren für 

außergewöhnliche Forschungs- und 

Entwicklungsleistungen verliehen 

und gilt als einer der renommiertesten 

Preise in Sensorik und Messtechnik. 

„Viele unserer Bewerber bestätigten 

uns, dass sie bereits als Nominierte 

des Innovationspreises interessante 

Investorengespräche führen 

konnten“, sagt AMA-Geschäftsführer 

Thomas 

Simmons: Der 

Innovationspreis 

öffnet Türen zu 

Investoren. 

Bild: AMA 

Thomas Simmons. Damit dient der 

Innovationspreis auch als Sprungbrett 

aus den Entwicklungslaboren 

hinein in die Anwenderindustrien. 

Die Jury besteht aus Wissenschafts- 

und Wirtschaftsvertretern, 

die sowohl die wissenschaftliche 

Leistung, als auch die Marktchancen beurteilen. Den 

Vorsitz führt Professor Andreas Schütze von der Universität 

des Saarlandes. Die Preisverleihung erfolgt zur Eröffnung 

der Messe Sensor+Test 2012 in Nürnberg. 

AMA FACHVERBAND FÜR SENSORIK E.V. 

Sophie-Charlotten-Str. 15, D-14059 Berlin, 

Tel. +49 (0) 30 221 90 36 20, Internet: www.ama-sensorik.de 

Analoge oder digitale Schnittstellen 

Redundant, CANopen Safety SIL2 

1 oder 2 Messachsen 

www.twk.de 

Neigungssensoren 


11 / 2011 

11

anche 

Normung als Schlüsselfaktor: aktiv mitwirken, 

intensiv kooperieren und gemeinsam gestalten 

China verfügt bereits über eine eigene Normungs-Infrastruktur auf und engagiert sich international 

Technische Automation Regelsetzung & Drives auf dem Gebiet der Automatisierungstechnik in China 

Zuständig für die 

Automatisierungtechnik: 

In China ist die Normung auf dem Gebiet 

der Automatisierungstechnik an die ITEI 

delegiert. Dieses „Technology & Economy 

Instrumentation Institute“ befasst sich 

mit Forschung, Prüfung, Zertifizierung 

und Normung auf dem Gebiet der 

Automatisierungstechnik. 

(BJ,Sep.2011 SLC I IA AS BU GMO Prof.Hui ,Dunyan) 

SAC handelt als 

Gesetzgeber und 

Verwalter für 

technischen 

Regelsetzung 

in China 

CSBTS/CSAS SAC 

Standardization Administration of China 

TC124/ ITEI- 

TC 124 & TC 338 im ITEI 

Technology&Economy 

& Economy 

Instrumentat 

Instrumentation 

ion 

Institute 

Institute 

(IEC (spiegelt TC65 IEC & IEC TC TC66) 65, IEC TC 

66 und ISO TC30) 

Planung und Verabschiedung 

von GB-, GB/T- und GB/Z-Normen 

Staatsrat 

Mitteilungen über veröffentlichte 

JB/T-Normen 

Anträge für GB-, GB/Tund 

GB/Z-Normen 

MIIT 

Ministerium of Industry and 

Information Technology of China 

C M I F 

China Machinery Industry 

Federation 

TC124/ TC124/ 

ITEI 

Weitere 

Institute 

CAMETA 

Planung und Verabschiedung von JB/T-Normen (z.B. für den 

Maschinenbau), Vorschläge für GB-, GB/T- und GB/Z-Normen 

Die Automatisierungstechnik hat sich in den letzten 40 

Jahren zu einer Schlüsseltechnologie unter anderem 

der Verfahrens- und Fertigungstechnik entwickelt. Sie ist 

zum Rückgrat der industriellen Produktion und Motor 

vieler Innovationen geworden. Sie verbessert die Qualität 

von Produkten und macht die Anlagen für deren Herstellung 

sicherer, energieeffizienter und produktiver. 

Gerade China als aufstrebendes Land ist auf die Ergebnisse 

dieser Entwicklung angewiesen. Der Fortschritt der 

Mikroelektronik war eine wichtige Voraussetzung, aber 

auch die Normung spielte eine nicht zu unterschätzende 

Rolle. Das wird in Zukunft auch für die „digitale Fabrik“ 

gelten, die zurzeit in aller Munde ist. Zweifellos stehen wir 

hier am Anfang einer neuen Entwicklung. Wie schnell sie 

voranschreiten und an Bedeutung gewinnen wird, wird 

davon abhängen, ob es gelingt, Normen für ein universelles 

Datenmodell zu schaffen und am Markt durchzusetzen. 

Und hierbei gilt: Wer die Norm setzt, hat den Markt. 

SAC TC 124 ALS SPIEGELKOMITEE ZUR IEC TC 65 

Die internationale Normung der Automatisierungstechnik 

bildet den Arbeitsbereich des technischen Komitees TC 65 

„Industrial-Process Measurement and Control“ der Internationalen 

Elektrotechnischen Kommission IEC. Das chinesische 

Spiegelkomitee hierzu, SAC TC 124, wurde 2001 

gegründet. Es verfolgt die Arbeit des IEC TC 65 nicht nur 

mit großer Aufmerksamkeit, sondern arbeitet auch durch 

Entsendung chinesischer Experten aktiv hierin mit. 

Doch wie ist die Normung in China organisiert? 

Je nach Bereich, in dem eine Norm gilt, werden diese in 

folgende Klassen eingeteilt: 

nationale Norm (GB); sie gilt in ganz China in 

allen in Frage kommenden Technologiegebieten 

Branchennorm; sie gilt in ganz China, aber nur 

für eine bestimmte Industriebranche 

Lokalnorm; sie gilt nur in einer bestimmten 

Provinz Chinas 

Werksnorm, sie gilt nur in einem bestimmten 

Unternehmen 

VOM GESETZESCHARAKTER BIS ZUR EMPFEHLUNG 

Die nationalen Normen wiederum unterteilen sich nach 

der Verbindlichkeit, mit der sie anzuwenden sind, in: 

GB, sie haben den gleichen Stellenwert wie Gesetze. 

Die Exekutive setzt ihre Anwendung durch. Hierzu 

gehören Vorschriften für Medikamente und Lebensmittel, 

aber auch Sicherheitsvorschriften für 

elektrische Geräte, wie zum Beispiel die chinesische 

Übernahme der IEC 61010 für die Sicherheit 

von MSR-Geräten (in Deutschland ist dies die Normenreihe 

DIN EN 61010 (VDE 0411)) 

GB/T, sie haben Empfehlungscharakter 

GB/Z, Anleitungsdokument zur versuchsweisen Anwendung, 

ähnlich wie eine IEC Publicly Available 

Specification oder eine deutsche Vornorm 

Die Normung in China obliegt SAC, der Standardisation Administration 

of China, die direkt dem Staatsrat untersteht, 

siehe auch (1). Mit der Normung auf dem Gebiet der Automatisierungstechnik 

hat sie ITEI beauftragt (Technology & Economy 

Instrumentation Institute). Dort findet automatisierungstechnische 

Normung in den Komitees SAC TC 124 und 

SAC TC 338 statt. Nur diese arbeiten GB-, GB/T- und GB/Z- 

Normen auf dem Gebiet der Automatisierungstechnik aus. 

PROFIBUS-NORM GILT ALS MUSTERBEISPIEL 

Zu den Arbeitsgebieten von ITEI gehören Forschung, Prüfung, 

Zertifizierung und Normung auf dem Gebiet der 

12 


11 / 2011

Automatisierungstechnik. Die zugehörigen Abläufe in der 

technischen Regelsetzung sind in der Grafik dargestellt. 

Nach dem Ende des sogenannten Feldbuskrieges bei der 

IEC galt es auch in China, aus der verfahrenen Situation 

sinnvolle Handlungsanleitungen zu gewinnen. SAC TC 124 

befasste sich mit dieser strategischen Aufgabe. Als Ergebnis 

wurde IEC 61158/61784 Typ 3 (Profibus) in eine chinesische 

Norm überführt. 2006 verabschiedete SAC die entsprechende 

GB/T 20540.1-6.-2006. Dieses Projekt gilt in China als 

Musterbeispiel für die Zusammenarbeit von Regierung, Normungsorganisation, 

Universitäten, Forschungsinstituten, 

Herstellern und Anwendern. Auch die PNO war hieran beratend 

beteiligt. Der chinesische Markt konnte an dem Technologiesprung, 

den die Einführung moderner industrieller 

Kommunikationstechnik mit sich brachte, teilhaben und 

die Wettbewerbsfähigkeit des Landes somit gestärkt werden. 

Seitdem schritt die Arbeit im ITEI voran und wurde so 

ausgeweitet, dass heute folgende Komitees der IEC und 

ISO betreut werden: 

IEC TC 65 „Industrial-process measurement, 

control and automation” 

IEC TC 66 „Safety of measuring, control and 

laboratory equipment” 

IEC TC 76 „Optical radiation safety and laser 

equipment” 

IEC TC 85 „Measuring equipment for electrical 

and electromagnetic quantities“ 

ISO TC 30 „Measurement of fluid flow in closed 

conduits“ 

ISO TC 172 „Optics and photonics“ 

ISO TC 184 „Automation systems and integration“ 

STÄNDIGER SITZ IM VORSTAND DER ISO 

Die aktive Mitwirkung Chinas an der internationalen 

Normung durch Entsendung von Experten konnte in 

jüngster Zeit erfreulich ausgeweitet werden. Ebenso wurden 

zahlreiche Normungsvorschläge bei IEC und ISO 

eingereicht (sogenannte new work item proposals), von 

denen 66 bereits zu einer Internationalen Norm geführt 

haben. Demnächst wird voraussichtlich auch die 

IEC 62601 dazugehören, eine Norm zur drahtlosen Kommunikation 

in der Prozessautomation (WIA-PA), die sich 

gerade in der Schlussabstimmung bei IEC befindet (2). Zur 

Zeit sind 35 Sekretariate von IEC- oder ISO-Komitees in 

China angesiedelt, seit 2008 nimmt China zudem einen 

ständigen Sitz im Vorstand der ISO ein. 

Vor kurzem hat China den zwölften Fünfjahresplan 

verabschiedet. Für die industrielle Automatisierungstechnik 

wurden in folgenden Bereichen Ziele definiert: 

Ethernet-basierte Kommunikationstechniken als 

Ergänzung zu den klassischen Feldbussen 

drahtlose Kommunikation – funktionale Sicherheit, 

insbesondere Absicherung von Produktionsanlagen 

IT-Sicherheit (Security), darunter Absicherung von 

Netzwerken 

intelligente Feldgeräte 

digitale Fabrik, hier insbesondere Integrationstechniken 

Energieeffizienz 

STILLSTAND IST RÜCKSCHRITT 

SAC TC 124 wird diese Themen in einer ganzheitlichen 

Strategie zusammenführen – eine herausfordernde Aufgabe. 

In China ist man der Ansicht, dass beim Erfahrungsaustausch 

mit internationalen Partnern beide Seiten profitieren 

können. SAC TC 124 wird deshalb weiterhin 

Experten in internationale Gremien entsenden und ist 

besonders an einer Zusammenarbeit mit deutschen Partnern, 

zum Beispiel VDE/DKE und Namur interessiert. 

Es ist meine Überzeugung, dass wir dabei gemeinsam 

gewinnen können. Denn wie sagt man doch in Deutschland 

so treffend: „Stillstand ist Rückschritt.“ 

Danksagung 

Mein besonderer Dank gilt Herrn Ingo Rolle, 

Referent der DKE, und Herrn Roland Heidel, 

Vor sitzender IEC TC65 und Standards & Regulation 

Manager Siemens I IA und DT, für die wertvolle 

Unterstützung bei der Erarbeitung dieses Beitrages. 

LITERATUR 

Autor 

(1) Deutsch-Chinesisches 

Normen informationsportal 

www.standards-portal.de/ 

web_de/ueber_sac 

(2) Jinsong Ouyang und Liu Dan: 

WIA-PA: A new standard for 

wireless communication, 

atp 5/2011 

Prof. Dun Yan Hui, Mitglied von SAC TC 124, 

Senior Automation Adviser of Siemens Ltd. 

China, lehrt an der Southwest University in 

Chongqing, China 

Siemens Ltd., China I IA AS&SE BU GMO 

7, Wangjing Zhonghuan Nanlu, Chaoyang District, 

P.O.Box 8543, Beijing 100102, P.R. China, 

Tel. +86 10 64 76 37 14, E-Mail: dunyan.hui@siemens.com 


11 / 2011 

13

anche 

Erst die richtige Kombination explosions geschützter 

Elektogeräte macht Anlagen sicher 

Geräte lassen sich durch regen Informationsaustausch optimal zuordnen 

Installateur bei 

der Anlagenmontage: 

Er kann 

die Anlage nur dann 

sicher planen, wenn 

er die grundsätzlichen 

Unterschiede 

der Zündschutzarten 

kennt. Fotos: 

Bartec GmbH 

Die Einteilung explosionsgeschützter elektrischer Geräte 

in Gerätekategorien (Richtlinie 94/9/EG) und Geräteschutzniveaus 

(nach DIN EN 60079-0 (VDE 0170):2010) 

systematisiert und erleichtert grundsätzlich deren Auswahl 

und Anwendung. Wenn alle Akteure ihre Hausaufgaben 

machen und ein reger Informationsaustausch stattfindet, 

ist die Zuordnung der Geräte eindeutig und es 

entsteht sicherheitstechnisch eine optimale Lösung. 

Ex-Schutz-Dokument legt Bedingungen 

für Betriebsmittel fest 

Zunächst muss für den Auswahlprozess explosionsgeschützter 

Geräte mit der Erstellung des Arbeitsplatzund 

Anlagenkonzeptes begonnen werden. Im Rahmen 

seiner Gefährdungsbeurteilung im Sinne der Richtlinie 

1999/92/EG (in Deutschland übernommen in die Betr- 

SichV) legt der Betreiber die wesentlichen Explosionsschutzparameter 

für die Prozessanlage fest und dokumentiert 

sie im Explosionsschutzdokument. Dieses 

Dokument beinhaltet neben Zonenplänen alle weiteren 

für den Explosionsschutz relevanten Informationen (sicherheitstechnische 

Kennzahlen, Umgebungstemperaturbereich, 

chemische, mechanische Umweltbedingungen 

und ähnliche). Es definiert konkret die Einsatzbedingungen 

für die Betriebsmittel. 

Der Hersteller muss im Rahmen des Konformitätsbewertungsverfahrens 

nach RL 94/9/EG seine Geräte kennzeichnen 

und eine Nutzerdokumentation mitliefern. Die 

Kennzeichnung beinhaltet alle wesentlichen technischen 

Merkmale eines industriellen Gerätes sowie die Explosionsschutzparameter, 

die das Gerät erfüllt. Zudem wird 

mit dem X auf dem Kennzeichnungsschild auf besondere 

Anwendungsbedingungen, beispielsweise bei der Installation 

oder dem Betrieb des Gerätes hingewiesen. Somit 

legt der Hersteller mit der Gerätekennzeichnung und den 

ergänzenden Angaben in der Betriebsanleitung die bestimmungsgemäße 

Anwendung seines Gerätes fest. 

Für die Auswahl reicht prinzipiell ein Blick ins Explosionsschutzdokument 

und auf das Kennzeichnungsschild 

beziehungsweise in die Betriebsanleitung und das Gerät 

kann eingesetzt werden. In Europa sind mit den ATEX- 

Richtlinien die Pflichten für Betreiber und Hersteller eindeutig 

definiert. In der Praxis, an der Nahtstelle zwischen 

Hersteller und Betreiber, handeln sehr oft weitere Akteure 

wie Planungs- und Installationsfirmen oder Reparaturfachbetriebe. 

Deren Rolle wurde bei der Gestaltung der 

Richtlinien und Normen nicht immer in Betracht gezogen. 

Sehr oft entstehen im Auswahlprozess aus dem Blickwinkel 

der Anwendung die ersten Fragen, etwa welche Anschlusstechnik 

ist für das druckfeste Gehäuse ausreichend 

und wer bestimmt das oder wer kann ein ATEXzertifiziertes 

Begleitheizungssystem installieren? 

Leider treten im Auswahlprozess auch Hindernisse 

auf. Beispielsweise sind die Ex-Parameter schlichtweg 

14 


11 / 2011

| EK12-05G | 

EtherCAT-Klemmen. 

Das schnelle All-in-One-System 

für alle Automatisierungsfunktionen. 

nicht bekannt oder das Wissen zu den relevanten Auswahlkriterien 

ist nicht vorhanden. Oft sind Projektspezifikationen 

nicht mehr auf dem letzten Stand oder das 

Explosionsschutzdokument wurde nicht aktualisiert. 

Hinweise in der Gerätedokumentation werden nicht berücksichtigt 

oder sind zu spät verfügbar. 

Eine wesentliche Informationsquelle und für alle Akteure 

gleichermaßen relevant, sind neben der Produktdokumentation 

technische Normen. Speziell in 

Deutschland sind die Technischen Regeln zur Betriebssicherheit 

erhältlich. Insbesondere für die Projektierung 

elektrischer Anlagen in explosionsgefährdeten 

Bereichen von Gasen, Dämpfen und Stäuben ist die DIN 

EN 60079-14 (VDE 0165-1):2009 ein sehr umfassendes 

und nützliches Nachschlagewerk. 

Diese Norm definiert ergänzend zu den europäischen 

Richtlinien 1999/92/EG (in Deutschland übernommen 

in die BetrSichV) und 94/9/EG (in Deutschland übernommen 

in das Geräte- und Produktsicherheitsgesetz) 

unter anderem die wesentlichen Auswahlkriterien für 

explosionsgeschützte elektrische Betriebsmittel. 

Die Anwendung bestimmt das Sicherheitsniveau 

Ein neuerer Sachverhalt in den Normen (DIN EN 60079-0 

(VDE 0170-1):2010)) ist die Einführung der EPLs (Equipment 

Protection Levels beziehungsweise Geräteschutzniveaus). 

Die Auswahl eines Gerätes mit dem geeigneten 

Sicherheitsniveau für die Ex Zone 0, 1, 2 (Gas) oder 20, 21, 

22 (Staub) ist einfacher geworden. Eine pauschale Aussage 

„das Gerät soll für den Ex-Bereich geeignet sein“, ist 

allerdings nicht ausreichend. Die neue „graduierte“ Auswahl 

setzt voraus, dass die Einteilung der explosionsgefährdeten 

Bereiche in Zonen geschehen ist und diese 

Information auch zur Verfügung steht. 

Die Zündschutzarten werden zukünftig einem Geräteschutzniveau 

(EPL) zugeordnet. Folglich sind alle Zündschutzarten 

eines Geräteschutzniveaus bezüglich der 

Sicherheit gleichrangig. Entscheidend für die Auswahl ist 

neben dem technischen Umfeld oder der gewünschten 

Technologie die Wirtschaftlichkeit der Lösung. Der Planer 

muss technisch-konstruktive Grundlagen der verschiedenen 

Zündschutzarten verstehen und kennen, um für 

seinen Anwendungsfall auch das Gerät mit der bestgeeigneten 

Zündschutzart auswählen zu können. 

Da die Anschlusstechnik die Zündschutzart und somit 

das Sicherheitsniveau des Gerätes mitbestimmt, beispielsweise 

Leitungseinführung für druckfeste Gehäuse, 

muss der Gerätehersteller eine entsprechende Technik 

anbieten (direkte Einführung oder Ex e Anschlussgehäuse) 

und der Planer wiederum muss über Kenntnisse verfügen, 

um die richtige Anschlusstechnik auszuwählen. 

In analoger Weise kann der Installateur eine sichere 

Montage nur dann durchführen, wenn er ebenfalls die 

grundsätzlichen Unterschiede einer Leitungseinführung 

in der Zündschutzart „d“ oder „e“ kennt. 

Bedingt durch die Anforderungen an die Gerätekennzeichnung 

in Europa nach der RL 94/9/EG und den Normen 

der Reihe EN 60079ff. sowie der ständigen Weiter- 

IPC 

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11 / 2011 

15

anche 

Die Auswahl eines Gerätes setzt voraus, dass die Einteilung 

der explosionsgefährdeten Bereiche in Zonen geschehen ist. 

Der rege Informationsaustausch 

schafft die optimale Lösung. 

entwicklung der Normen sind auf den Geräten einige 

Ex-Parameter (Gerätekategorie und Geräteschutzniveaus) 

mehrfach vorhanden. Dies führt in der Übergangsphase 

zu einem erhöhten Klärungsbedarf, verdeutlicht aber 

gleichzeitig die Notwendigkeit einer aktuellen Informationsbasis. 

Neben den gängigen Werkzeugen sollten auch 

aktuelle Normen allen Beteiligten zur Verfügung stehen. 

Sicherheitstechnische KenngröSSen 

müssen erkennbar sein 

Damit eine optimierte Zuordnung der Explosionsschutzmaßnahmen 

zu den chemisch-physikalischen Eigenschaften 

brennbarer Gase, Dämpfe und Stäube erfolgen kann, 

müssen die sicherheitstechnischen Kenngrößen bekannt 

sein. Die Zündung explosionsfähiger Gemische aus Gasen 

und Dämpfen an einer heißen Oberfläche wird durch die 

Zündtemperatur definiert und über die Temperaturklassen 

(T1 bis T6) quantifiziert. Gemäß diesen Temperaturklassen 

werden explosionsgeschützte Betriebsmittel in ihren Oberflächentemperaturen 

so ausgelegt, dass eine Zündung ausgeschlossen 

wird. Etwas komplexer ist der Umgang mit 

Stäuben. Hier müssen sowohl die Zündtemperatur der 

Staubwolke als auch die der Staubschicht (Glimmtemperatur) 

bekannt sein. Oberster Grundsatz beim Umgang mit 

brennbaren Stäuben ist die Reinhaltung beziehungsweise 

Vermeidung von Staubschichten. Wenn sich auf Geräten 

Staubablagerungen von mehr als 5 mm Staubdicke bilden 

können, muss die maximal zulässige Oberflächentemperatur 

entsprechend reduziert werden. Hilfestellung erhält 

der Anwender in der DIN EN 60079-14 (VDE 0165-1):2009. 

Die Zündung der Gase und Dämpfe durch elektrische 

Funken oder durch einen heißen Gasstrahl aus einem 

dünnen Spalt werden mit Hilfe der Untergruppen IIA, 

IIB, IIC quantifiziert. Dieser Zusammenhang ist in der 

Praxis bei Gasen und Dämpfen relativ gut bekannt. 

Neu sind die Explosionsgruppen bei Stäuben. Brennbare 

Stäube werden in drei Untergruppen eingeteilt: IIIA 

Flusen; IIIB nicht leitfähige Stäube; IIIC leitfähige Stäube. 

Zum Beispiel müssen Gehäuse in der Zündschutzart 

„Schutz durch Gehäuse (Ex t)“ beim Einsatz in einer explosionsfähigen 

Staubatmosphäre aus leitfähigem Staub 

(Gruppe IIIC), staubdicht (IP 6X) ausgeführt sein und zwar 

für alle Gerätekategorien beziehungsweise Schutzniveaus. 

Dadurch wird verhindert, dass Staub eintritt und eventuell 

Kurzschlüsse auf Leiterbahnen verursacht. Der IP- 

Schutz wird jedoch nur dann dauerhaft erreicht, wenn 

der Installateur die speziellen Anforderungen kennt und 

anwendet. Dazu gehört, den Deckel des Gehäuses mit allen 

vorgesehenen Schrauben zu schließen sowie Kabeldurchmesser 

und Leitungseinführung passend auszuführen. 

Der graduierte Explosionsschutz berücksichtigt die unterschiedlichen 

Gefahren durch explosionsfähige Atmosphären 

und ermöglicht Maßnahmen, die den Verhältnissen 

sowohl aus sicherheitstechnischer Sicht als auch der 

Wirtschaftlichkeit entsprechen. Vorrausetzung ist, dass 

alle Beteiligten (Hersteller, Betreiber, Planer, Installateure) 

den Stand der Dinge kennen und danach handeln. 

Autor 

Johannes Buhn ist 

Leiter der Safe.t Academy 

von Bartec. 

Bartec GmbH, 

Max-Eyth-Str. 16, 97980 Bad Mergentheim, 

Tel. +49 (0) 7931 59 71 14, 

E-Mail: johannes.buhn@bartec.de 

16 


11 / 2011

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anche 

Redundanzmodule überwachen Stromversorgung 

ab Ausgangsspannung bis zur Verdrahtung 

In Kombination mit Tauchlackierung minimieren die Geräte Stillstandszeiten 

Die Tauchlackierung der Stromversorgungen 

erreicht sonst unzugäng liche 

Stellen der Platine, so dass die lackierten 

Bereiche blau erscheinen. 

Die Produktfamilie Quint Power gestaltet die 

Stromversorgung in der Prozessindustrie zuverlässiger. 

Sie tritt als Redundanzmodul mit integrierter, 

tauchlackierter Stromversorgung auf. 

Das Produktionsumfeld der Prozessindustrie stellt besonders 

hohe Anforderungen an die Stromversorgung. 

Die Geräte müssen auch bei 100 Prozent Luftfeuchtigkeit 

und emittierten Schadgasen zuverlässig arbeiten. 

Der Anlagenplaner muss außerdem eine Entscheidung 

für oder gegen den Aufbau eines redundanten Systems 

treffen. Die Produktfamilie Quint Power von Phoenix 

Contact kombiniert beide Anforderungen und verspricht 

so, Stillstandszeiten zu minimieren. 

TAUCHLACKIERUNG BEDECKT ALLE geräteTEILE 

Abhängig von Temperatur und Luftfeuchtigkeit entsteht 

ein Feuchtefilm auf der Leiterplatte, was als elektrochemische 

Migration bezeichnet wird. Der Oberflächenwiderstand 

sinkt und damit die Isolationsfähigkeit der Baugruppe. 

Leiterbahnen und Lötwerkstoffe verlieren ihre 

Kontakteigenschaften und Leitfähigkeit. Es kann zum 

Ausfall des Gerätes kommen. Weitere Probleme ergeben 

sich aus korrosionsbedingten Kriechströmen und Unterbrechungen, 

die an Kupferkontakten vorkommen. Solche 

Störungen treten hauptsächlich in sulfierenden Atmosphären 

mit einer relativen Luftfeuchtigkeit von mehr als 

60 Prozent auf. 

Die Beschichtung von Baugruppen schützt vor derartigen 

Ausfällen, wobei die Lackierung optimal aufgetragen 

werden muss. Die Schutzlacke werden bei den 

Stromversorgungen der Produktfamilie Quint Power 

durch Eintauchen als dünner Film appliziert. Der Lack 

passt sich an die Konturen der Elektronik an. Im Vergleich 

zur Sprühlackierung sind bedrahtete Bauelemente 

wie Brückengleichrichter und Leistungshalbleiter 

komplett mit Lack versehen. Bauteile-Unterseiten, Hohlräume 

und Platinen-Schnittkanten werden ebenfalls 

vollständig lackiert. 

STROMVERSORGUNGEN ERFÜLLEN DIE ATEX-RICHTLINIE 

Neben den üblichen Zulassungen entsprechen die tauchlackierten 

Stromversorgungen mit 5 A und 10 A Nennstrom 

der EN 60079-15 (ATEX-Richtlinie). Sie dürfen also innerhalb 

des explosionsgefährdeten Bereichs montiert werden, 

in dem Betriebsmittel der Kategorie 3G erforderlich sind 

(II 3 G Ex nA nC IIC T4 Gc). Darüber hinaus liegt die Zulassung 

gemäß IECEx vor (Ex nA nC IIC T4 Gc). Alle Geräte 

der Produktfamilie Quint Power erfüllen zudem die 

UL-Norm ANSI/ISA 12.12.01 sowie die Vorgaben Class I, 

Division 2, Groups A, B, C und D (Hazardous Locations). 

Hat sich der Anwender für eine Stromversorgung entschieden, 

bleibt die Frage nach dem Aufbau der Versorgungs- 

Lösung. Redundanz spielt dabei eine große Rolle. 

KONTINUIERLICHE Spannungsversorgung 

Sofern der Betreiber ein besonders zuverlässiges Konzept 

fordert, wird eine „1+1“-Redundanz umgesetzt. Das bedeutet, 

dass zwei Module mit je 20 A ausgangsseitig parallel 

geschaltet sind, um eine 20 A-Last zu versorgen. 

Kommt es bei einem der Geräte zu einem internen Defekt 

oder zum Ausfall der primärseitigen Netzspannungs- 

Versorgung, übernimmt die zweite Stromversorgung 

automatisch die Belieferung der Verbraucher. Dazu müssen 

die Netzteile so dimensioniert sein, dass der komplette 

Strombedarf der angekoppelten Lasten in sämtlichen 

Betriebszuständen von nur einem Modul abgedeckt 

werden kann. Diese Lösung allerdings besitzt zwei Fehlerquellen: 

Tritt ein Kurzschluss in der zuführenden 

18 


11 / 2011

NAMUR-Signal reicht 

Leitung auf, sinkt die Spannung an der Last auf 0 V, 

da der gesamte Strom in den Kurzschluss fließt. Ein 

unbemerkter Leitungsbruch oder ein falsch angeschlossenes 

Netzteil führen ebenfalls zu Problemen. 

Die Last würde dann vom funktionsfähigen Gerät versorgt. 

Es besteht jedoch keine Redundanz mehr, was 

der Anwender erst dann bemerkt, wenn auch diese 

Stromversorgung nicht mehr arbeitet. 

Werden die Stromversorgungen entkoppelt, hat ein 

Kurzschluss am Ausgang eines der Netzteile oder in 

der Zuleitung vom Netzteil zur Diode keinen Einfluss 

mehr auf die Last. Zum Einsatz in der Prozesstechnik 

eignen sich insbesondere Quint Dioden für Lastströme 

bis 40 A und 24 oder 48 V DC. Die Dioden entsprechen 

der EN 60079-15. 

Die Redundanzmodule Trio Diode mit 2 x 10 A Spannung 

von 24 bis 48 V DC kontrollieren die Ausgangsspannungen 

der Stromversorgungen sowie die Verdrahtung 

bis zur Diode. Sie informieren dann via potentialfreiem 

Relaiskontakt und die LED „Redundancy 

OK“ über Spannungseinbrüche. Entsteht auf einem der 

Pfade ein Kurzschluss, wird die Last weiterhin beliefert. 

Die Trio Diode erkennt außerdem Leitungsbrüche 

und meldet sie an die Steuerung. 

GLEICHMÄSSIGE AUSLASTUNG REDUNDANTER TEILE 

Die Redundanzmodule Quint Oring überwachen als 

einzige Geräte die gesamte redundante Lösung von der 

Ausgangsspannung der Stromversorgungen bis zur 

kompletten Verdrahtung zwischen Netzteilen und Last 

sowie der Entkopplungsstrecke bis zum Laststrom. Kritische 

Betriebszustände zeigen sie frühzeitig an. 

Die Auto Current Balancing Technology (ACB) verdoppelt 

die Lebensdauer der redundant betriebenen 

Stromversorgungen, indem beide Netzteile gleichmäßig 

ausgelastet werden. Zu diesem Zweck arbeiten 

die Quint-Oring-Module mit Mosfets statt der herkömmlichen 

Schottky- oder Silizium-Dioden. Die 

Mosfets regeln Eingangsspannungs-Differenzen bis 

300 mV aus. Der Laststrom teilt sich automatisch vollkommen 

symmetrisch auf. Im Vergleich zu den bisherigen 

Lösungen spart diese Anwendung bis zu 70 

Prozent Energie ein. Anzeige und Darstellung erfüllen 

die Namur-Empfehlung. 

Autorin 

Dipl.-Ing. Anja Moldehn ist 

Mitarbeiterin im Marketing 

Strom versorgung bei der 

Phoenix Contact Electronics 

GmbH. 

Phoenix Contact Electronics GmbH, 

Dringenauer Str. 30, D-31812 Bad Pyrmont, 

Tel. +49 (0) 5281 94 60, 

E-Mail: amoldehn@phoenixcontact.com 

Der elektronische Grenzsignalgeber Typ 

3738 mit Magnetventil bietet die ideale 

Lösung für Schwenkarmaturen. Als erstes 

Gerät seiner Art ermöglicht es die Speisung 

von Elektronik und berührungslosem 

Wegsensor aus dem NAMUR-Signal. So 

kann die Verkabelung unverändert bleiben. 

Trotzdem bietet es eine Fülle zusätzlicher 

Funktionen bei der Automatisierung 

von Auf/Zu-Armaturen, wie zum Beispiel 

die Konfigurierung per Tastendruck, Selbstabgleich 

und Diagnose. Justierarbeiten 

entfallen ganz. Dank integrierter Luftführung 

braucht das Gerät keine externe Verrohrung. 

Einfach anschrauben, Knopf für 

Selbstabgleich drücken, fertig. 

Der neue Grenzsignalgeber macht die 

Auf/Zu-Armatur smart und kompakt. 

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praxis 

Füllstand von Flachmännern wird im 

Durchlicht-Verfahren effizient kontrolliert 

Flascheninspektion bei Getränkehersteller mit Leuze electronic Smart-Kamera realisiert 

Bevor Getränke zur Auslieferung gelangen, gibt es 

einiges zu kontrollieren – schließlich muss die 

Qualität in jeder Hinsicht stimmen. Dazu gehören 

Kontrollen der Etiketten, des Füllstands und der Verschlüsse. 

Mehr oder weniger transparente Flaschen 

und Flüssigkeiten, hohe Durchlaufgeschwindigkeiten 

und eine raue, meist auch feuchte Industrieumgebung 

bilden anspruchsvolle Rahmenbedingungen 

für die Sensorik sogenannter Flaschen-Inspektionsanlagen. 

In der Kornbrennerei Wilhelm Büchter prüfen 

die Smart-Kameras LSIS 412i von Leuze electronic 

mit spezieller Analysetechnik, mehrere Merkmale 

in Sekundenbruchteilen. 

AUSWERTUNG ERFORDERTE VIEL MANUELLE ARBEIT 

Die Küppersbusch GmbH in Velbert entwickelt und baut 

seit 1972 Füllmaschinen für flüssige bis pastöse Produkte, 

Verschließ- und Etikettiermaschinen sowie Endkontrollsysteme. 

Dazu gehören auch automatisierte Messund 

Prüfsysteme, wie Flascheninspektoren für den Bereich 

der Qualitätssicherung. Die Anlagen sind den jeweiligen 

Kundenanforderungen angepasst. Die 

verwendeten Anlagenelemente sind jedoch bewährte 

Module. „Dennoch entwickeln wir immer neue Ideen, 

um die Qualiät und Leistungsfähigkeit unserer Anlagen 

zu verbessern“, sagt Jochen Küppersbusch, Geschäftsführer 

des Unternehmens. 

Mit dieser Zielsetzung fertigte die Firma auch einen 

Inspektor für die Endkontrolle von 0,2-Liter-Taschenflaschen 

mit Spirituosen, sogenannten Flachmännern, an 

(Bild 1 und Kastentext). Die Kernkomponente bildet das 

Kamera-Kontrollsystem auf Basis der Smart-Kamera 

LSIS 412i von Leuze electronic. Sie prüft mehrere Merkmale 

gleichzeitig (Bilder 2 und 3). 

3 klare PRO SEKUNDE, 10 000 FLASCHEN STüNDlich 

Der neue Flascheninspektor ist für 10 000 Flaschen pro 

Stunde, also knapp drei Flaschen in der Sekunde, ausgelegt. 

In dieser kurzen Zeit muss er kontrollieren, ob 

Etiketten vorhanden sind, die Füllmenge stimmt und 

ob die Flaschen richtig verschlossen sind. „Die klaren 

Flüssigkeiten in transparenten Flaschen stellen besondere 

Anforderungen“, erklärt Klaus Voigt, der bei Küppersbusch 

für Entwicklung, Konstruktion und Inbetriebnahme 

verantwortlich ist. Insgesamt reicht das 

Spektrum der im Wechsel zu kontrollierenden Produkte 

von ganz klaren, durchsichtigen über diffus bräunlichen 

bis zu fast undurchsichtigen Spirituosen. Für 

diese Anforderungen ist die Smart-Kamera LSIS 412i 

eine gute Lösung. Besonders wegen der integrierten Binary 

Large Objects-Analyse (BLOB-Analyse) mit pixel- 

Kumpel, Korn und Kohlenstaub 

Die „Flachmänner“ (Taschenflaschen) 

sind seit den frühen Jahren 

der Wilhelm Büchter Kornbrennerei 

in Castrop-Rauxel Erfolgsträger. 

Was mit dem ersten Brennrecht 

des Bauern August Büchter 

im Jahr 1880 begann, fand als 

„Rachenputzer“ rasch Freunde bei 

den Kumpels unter Tage. Sie 

ließen sich vor Schichtbeginn 

„Alter Büchter“ in die blechernen 

Kaffekannen füllen und erhofften 

sich davon ein probates Mittel 

gegen den gefährlichen Kohlenstaub. 

Echt westfälischer Korn ist nach 

wie vor eine Traditionsmarke 

unter Büchters Edelsprituosen. 

Seit 1964 fließen diese mit 

ständiger Qualitätskontrolle aus 

vollautomatischen Abfüllanlagen. 

Jährliche DLG-Prämierungen 

zeichnen die Büchter´schen 

Kornbrände aus. Die Tradition des 

Unternehmens wird bereits in 

vierter und fünfter Generation 

fortgesetzt. 

20 


11 / 2011

Herausforderung 

Automatisierungstechnik 

Mit dem atp-award werden zwei Autoren der atp edition für 

hervorragende Beiträge ausgezeichnet. Ziel dieser Initiative 

ist es, Wissenschaftler und Praktiker der Automatisierungstechnik 

anzuregen, ihre Ergebnisse und Erfahrungen in Veröffentlichungen 

zu fassen und die Wissenstransparenz in der 

Automatisierungstechnik zu fördern. Teilnehmen kann jeder 

Autor der zum Zeitpunkt der Veröffentlichung nicht älter als 

35 Jahre ist. Nach Veröffentlichung eines Beitrags ist der Autor, 

wenn er die Bedingung erfüllt, automatisch im Pool. Die 

Auswahl des Gewinners übernimmt die atp-Fachredaktion. 

Derjenige Autor, der im Autorenteam der jüngste ist, erhält 

stellvertretend für alle Autoren die Auszeichnung. Der Preis 

wird in zwei Kategorien ausgelobt: Industrie und Hochschule. 

Die Kategorien ermittlung ergibt sich aus der in dem Beitrag 

angegebenen Adresse des jüngsten Autors. 

Bild 1: Im Durchlicht-Verfahren wird der Füllstand 

als dunkle Linie sichtbar – hervorgerufen durch die 

Lichtbrechung an der Flüssigkeitsoberfläche. 

Bilder: Leuze Electronic 

genauer Auswertung sagt Voigt: „Ich wüsste nicht wie 

man es besser lösen könnte.“ 

BINARY LARGE OBJECTS-ANALYSE MACHT’S MÖGLICH 

Die Binary Large Object-Analyse der verwendeten Gerätevariante 

LSIS 412i realisiert prozesssicher die gestellten 

Kontrollaufgaben. Ein sogenanntes BLOB kennzeichnet 

einen zusammenhängenden Bereich von Bildpunkten 

(Pixel), deren Lichtintensität zwischen definierten 

Grenzwerten liegt. Durch Einstellung von 

BLOB-Merkmalen lassen sich einzelne Objekte oder 

Objektgruppen anhand ihrer geometrischen Merkmale 

sicher erkennen und unterscheiden – auch dann noch, 

wenn andere Verfahren bereits fehlerhafte Ergebnisse 

liefern. Die an den Anlagenbauer gestellten Aufgaben, 

wie die Erkennung der Etiketten, der Verschlüsse sowie 

der dunklen Füllstandslinie, sind typische Aufgaben 

der BLOB-Analyse. 

Zur Bewertung von Objekten stehen verschiedene Kriterien 

wie Fläche, Umfang, Formfaktor sowie Höhe beziehungsweise 

Breite, Länge, Winkel und Mittelpunkt zur 

Verfügung. Eine Fläche ist beispielsweise die Summierung 

der in einem BLOB eingeschlossenen Pixel, gegebenenfalls 

sogar einschließlich möglicher Freiflächen innerhalb 

des BLOBs. Der Umfang wird über die Länge der 

äußeren Konturlinie eines BLOBs in Pixel definiert. Die 

leistungsfähige Analyse macht es möglich, diverse Erken- 

Veröffentlichungen – Beitrag zum Wissenspool im 

Fachgebiet Automatisierungstechnik 

Die Entwicklung eines Wissensgebietes erfolgt durch einen 

kooperativen Prozess zwischen wissenschaftlicher Grundlagenforschung, 

Konzept- und Lösungsentwicklung und Anwendung 

in der Praxis. Ein solcher Prozess bedarf einer gemeinsamen 

Informationsplattform. Veröffentlichungen 

sind die essentielle Basis eines solchen Informationspools. 

Der atp-award fördert den wissenschaftlichen Austausch 

im dynamischen Feld der Automationstechnik. Nachwuchsinge 

nieure sollen gezielt ihre Forschungen präsentieren 

können und so leichter den Zugang zur Community erhalten. 

Der Preis ist mit einer Prämie von jeweils 2000€ dotiert. 

Die Auswahl erfolgt in zwei Stufen: 

Voraussetzung für die Teilnahme ist die Veröffentlichung 

des Beitrags in der atp edition. Jeder Aufsatz, der als Hauptbeitrag 

für die atp edition eingereicht wird, durchläuft das 

Peer-Review-Verfahren. Die letzte Entscheidung zur Veröffentlichung 

liegt beim Chefredakteur. Wird ein Beitrag veröffentlicht, 

kommt er automatisch in den Pool der atp-award- 

Bewerber, vorausgesetzt einer der Autoren ist zum Zeitpunkt 

der Veröffentlichung nicht älter als 35 Jahre. Ausgezeichnet 

wird der jüngste Autor stellvertretend für alle Autoren der 

Gruppe. Eine Jury aus Vertretern der atp-Fachredaktion 

und des -Beirats ermittelt schließlich den Gewinner in den 

jeweiligen Kategorien Hochschule und Industrie. 

Der Rechtsweg ist ausgeschlossen. 

Beiträge richten Sie bitte an: 

Oldenbourg Industrieverlag GmbH 

Herrn Prof. Leon Urbas 

Chefredakteur atp edition / automatisieren! by atp 

Rosenheimer Straße 145 • 81761 München 

Tel. +49 (0) 89 45051 418 • E-Mail: urbas@oiv.de 

Beachten Sie die Autorenhinweise der atp edition 

für Hauptbeiträge unter folgendem Link: 

http://www.atp-online.de 

Bitte senden Sie Ihre Beiträge an: urbas@oiv.de

praxis 

Bild 2: Im kompakten Gehäuse der 

LSIS 400i Smart-Kamera sind alle 

notwendigen Komponenten integriert. 

Bild 3: Die Smart- 

Kamera LSIS 412i von 

Leuze electronic 

eignet sich gut für die 

Kontroll aufgaben im 

Flachmann-Inspektor 

von Küppersbusch. 

nungsmerkmale zusammenzufassen und mit einer Einstellung 

alle Flüssigkeits- und Flaschenvarianten abzudecken. 

„Die Erkennung funktioniert so gut, dass selbst bei 

schwappender Flüssigkeit der Füllstand prozesssicher 

erfasst wird“, ergänzt Voigt. 

AUTOMATISCHE AUSWERTUNG 

Dass die Identifikation und Qualitätssicherung derart 

fehlerfrei funktioniert, ermöglichen LSIS 412i Smart- 

Kameras. Sie bieten alle notwendigen Komponenten, 

von der Beleuchtung über die Bildverarbeitung, Bildund 

Programmspeicher, Display, Ergebnisanzeige und 

Schnittstellen in einem Gehäuse mit kompakter Bauform. 

Damit sind sie unter engen Platzverhältnissen in 

Maschinenkonzepte zu integrieren. Dank industrietauglicher, 

robuster Ausführung ist die LSIS-Baureihe 

für die raue und meist feuchte Umgebung in der Getränkeproduktion 

geeignet. 

Die motorische Fokusverstellung erlaubt den flexiblen 

Einsatz der Kameras. Dank dieser Technologie können 

Applikationen mit variierenden Kameraabständen, 

wie etwa bei unterschiedlichen Flaschengrößen, realisiert 

werden. Die entsprechende Fokuseinstellung erfolgt 

automatisch über die Programmauswahl und 

muss bei einem Sortenwechsel nicht manuell durchgeführt 

werden. Außerdem ist so die optimale Einstellung 

reproduzierbar. 

Ebenfalls qualitätsrelevant ist die integrierte Beleuchtung. 

Anstatt wie üblich nur LEDs zu verwenden, 

hat Leuze electronic hierfür zusätzlich eine spezielle 

Optik entwickelt. Sie liefert ein rechteckig intensiv 

und gleichmäßig ausgeleuchtetes Bildfeld, das in einer 

Entfernung von 50 bis 250 mm zum Prüfobjekt besonders 

homogen ist. 

Für Kontrollaufgaben im Durchlicht-Verfahren, wie 

im Fall der Flachmann-Inspektion, lässt sich die integrierte 

Beleuchtung ausschalten und durch eine externe 

Lichtquelle ersetzen (Bild 1). „Damit erkennen wir 

auch bei klaren Flüssigkeiten in transparenten Flaschen 

die Füllstände“, erklärt Voigt. Der Füllstand ist als 

dunkle Linie sichtbar, die über die Bewertungskriterien 

der bereits erwähnten BLOB-Analyse erkennbar ist. 

PARAMETIERUNG DER KAMERAS ÜBER WEBBROWSER 

Neben der Funktionssicherheit der LSIS 412i freut sich 

Voigt über die einfache Parametrierung, die er direkt 

über den Webbrowser erledigt hat. 

Dank der Parametrieroberfläche webConfig ist die Installation 

einer speziellen Software auf einem separaten 

Rechner nicht notwendig. Der Zugang zum Gerät erfolgt 

via Ethernet. 

Autor 

Leuze Electronic GmbH + Co. KG, 

In der Braike 1, D-73277 Owen, 

Tel. +49 (0) 7021 57 31 40, 

E-Mail: werner.partl@leuze.de 

Dipl.-Ing. (FH) Werner 

partl ist Produktmanager 

Bildverarbeitung im 

Geschäftsbereich Logistik 

der Leuze Electronic GmbH. 

22 


11 / 2011

„ Mit PLICSMOBILE bieten wir eine preiswerte 

Lösung zur drahtlosen Messdatenübertragung.“ 

Neu von VEGA: Prozessdatenübertragung per GSM/GPRS mit PLICSMOBILE. 

Kostengünstig und zuverlässig überbrückt PLICSMOBILE jede Entfernung – ohne 

Leitungen, einfach über das Mobiltelefonnetz. Die Messdaten einzelner und verteilter Messstellen 

stehen weltweit zur Verfügung. Und selbstverständlich ist PLICSMOBILE vollständig 

in das modulare VEGA-Gerätekonzept plics ® integriert. 

www.vega.com/innovation

praxis 

Durchgängige Softwarelösung von der 

Produktion bis zur Qualitätssicherung 

Im kompletten Herstellungsprozess eine klare Leistungssteigerung erzielt 

Herbert Schrobenhauser ist als Elektrotechniker für 

die Steuerungs- und Prozessleittechnik bei der Adelholzener 

Alpenquellen GmbH zuständig. 

In der Anlage werden stündlich 

240 000 Flaschen abgefüllt. 

Die Adelholzener Alpenquellen GmbH stellt Heilwasser, 

Mineralwässer und Erfrischungsgetränke unter den 

Marken Adelholzener und Active O2 her. Das Wasser hierfür 

stammt aus den bayerischen Alpen und wird direkt 

aus einem 140 Meter tiefen Mineralwasservorkommen 

unterhalb eines Naturschutzgebietes entnommen. Die Firma 

setzt für die Abfüllanlagen aktuelle Technologien ein 

und ist damit in der Lage, die hohen Ansprüche an Qualität 

und Hygiene beim Abfüllprozess zu erfüllen. Gemeinsam 

mit den Maschinenlieferanten der Füllanlagen 

verwirklicht Adelholzener die Anforderungen an Qualität 

und Umweltschutz. Um die eigenen Produktionsanlagen 

zu bedienen und zu überwachen, nutzt der Getränkeanbieter 

die HMI/Scada-Software von Copa-Data. 

Effiziente Abfüllung in neun Anlagen 

Produziert wird auf insgesamt neun Füllanlagen. Davon 

sind drei Anlagen zur Abfüllung von PET-Mehrwegflaschen, 

drei zur Abfüllung von PET-Einwegflaschen und 

drei Anlagen für die Abfüllung von Glas-Mehrwegflaschen 

eingerichtet. 

Der Getränkeanbieter kann damit stündlich etwa 

240 000 Flaschen des Produktsortiments produzieren. 

Für den PET-Mehrwegbereich verfügt das Unternehmen 

seit 2004 über insgesamt zwei Flaschensortieranlagen. 

Das computergesteuerte, vollautomatische Flaschensortierzentrum 

ermöglicht es, umweltschonende PET-Mehrwegflaschen 

wiederzuverwenden. Die Befüllung der 

PET-Flaschen geschieht in Reinräumen unter aseptischen, 

also keimfreien, Bedingungen. 

UMFASSEND BEOBACHTen UND INTUITIV BEDIENEN 

Für die Abfüllanlagen setzt das Traditionshaus auf die 

Software Zenon. Früher dominierten Insellösungen die 

Produktionsanlage. Die Kommunikation zwischen den 

Systemen war in der Regel seriell. 

„Ziel war es, unsere Anlagen und Maschinen umfassend 

beobachten und intuitiv und flexibel bedienen zu 

können. Copa-Data betrachten wir als Vorreiter für Visualisierungslösungen. 

Wir setzen konsequent auf das 

Windows-basierende HMI/Scada-System Zenon“, erklärt 

Herbert Schrobenhauser, Verantwortlicher für Steuerungs- 

und Prozessleittechnik bei der Adelholzener Alpenquellen 

GmbH. 

Ein weiterer Grund für diese Lösung war die Durchgängigkeit 

des Systems. Die Software lässt sich im Internet/Intranet 

einsetzen und läuft auf allen Microsoft- 

Betriebssystemen wie Windows CE oder Windows Vista. 

Somit ist sie auf verschiedenen Zielgeräten verfügbar: 

Egal ob es sich um ein Panel oder einen PC handelt, der 

Anwender kann in jeder Situation mit ein und demselben 

Editor arbeiten. Alle erstellten Variablen, Bilder und 

24 


11 / 2011

Objekte lassen sich ohne Änderung auf den unterschiedlichen 

Plattformen nutzen. 

Zenon ermöglicht es, mittels eines Integrationsprojekts 

auf einfache Art und Weise eine dezentrale Anlagenkonfiguration 

realitätsnah abzubilden. Die Software ist ein 

intuitives Werkzeug, das keine Programmierungen notwendig 

macht. Da die Lösung von verschiedenen Anwendern 

genutzt wird – von einem Elektroplaner ebenso 

wie von Mitarbeitern aus der Instandhaltung –, ist dies 

ein entscheidender Pluspunkt. „Ebenso wichtig war es 

für uns, mit einem europäischen, deutschsprachigen 

Partner zusammenzuarbeiten, der selbst bei anspruchsvollen 

Aufgaben schnell reagiert und uns unbürokratisch 

in allen Fragen unterstützt“, ergänzt der Verantwortliche 

Herbert Schrobenhauser. 

SOFTWARE FÜR Produktion und GLT 

Die Software wird für die Bedienung und Beobachtung 

der Abfüllmaschinen eingesetzt. Der Getränkeanbieter 

kontrolliert Temperatur, Wirkungsgrad der Fülllinie, 

CO 2 

-Wert im Getränk, Brix-Wert oder Mischungsverhältnis 

mit der Lösung und dokumentiert alle produktionsnahen 

Bedienhandlungen damit. 

Auch das Alarmmanagement überlässt Adelholzener 

der Software: In der Wasserver- und entsorgung überwacht 

sie die gewünschte Wasserqualität. Zudem dient 

Zenon der Objektüberwachung der im Standortumkreis 

verteilten Wasserbrunnen. Die Lösung wird auch für die 

Gebäudeleittechnik eingesetzt. Sie überwacht Arbeitsluft, 

Sterilluft, Dampf, Strom, CO 2 

, O 2 

, N 2 

, und kontrolliert 

Heizungs-, Lüftungs- und Klimaeinrichtungen. 

Die betriebseigene Kläranlage wird nach kommunalen 

Regeln ebenfalls mit der Software gesteuert. Die Klärwerte 

haben sich inzwischen auf ein überdurchschnittliches 

Reinheitsniveau verbessert. Der Vorteil für den 

Anwender: Der Schulungsaufwand reduziert sich für die 

Mitarbeiter erheblich, da sie sich nur einmal einarbeiten 

müssen und das Gelernte in verschiedenen Unternehmensbereichen 

anwenden können. Auch der Administrationsaufwand 

lässt sich damit senken. 

ISO 26000 in der Praxis 

DER RATGEBER ZUM LEITFADEN FÜR SOZIALE 

VERANTWORTUNG UND NACHHALTIGKEIT 

Planung, Produktion und analyse 

Zenon stellt die Kennzahlen aller Fülllinien, wie beispielsweise 

Flaschenzahlen, Chargen-Kennzahlen und 

Zeitspannen dar und archiviert auch Daten mit dem 

Archivserver. 

Die archivierten Daten liegen als komprimierte und 

manipulationssichere Dateien auf dem zentralen Leitstandserver. 

Damit wird Adelholzener den Anforderungen 

der FDA gerecht. FDA steht für „Food and Drug Administration“ 

und ist als Arzneimittelzulassungsbehörde 

im US-Gesundheitsministerium verantwortlich für 

den Schutz der öffentlichen Gesundheit sowie der Überwachung 

von Medizinprodukten und Lebensmitteln. 

Die abgespeicherten und archivierten Daten können anschließend 

in „Qualifax“ weiterverarbeitet werden. Qua- 

NEU- 

ERSCHEINUNG 

ERSCHEINUNG 

✁ 

Die ISO 26000 ist ein Leitfaden, der Orientierung gibt, wie sich Organisationen verhalten 

sollten, damit sie nach internationalem Verständnis als gesellschaftlich verantwortungsvoll 

angesehen werden. Im Fokus dieses aktuellen Ratgebers steht 

das Wirtschaftsleben im Zeitalter der Globalisierung. 

Hrsg.: K.-C. Bay 

1. Auflage 2010, ca. 200 Seiten, Hardcover 

Oldenbourg Industrieverlag München 

www.oldenbourg-industrieverlag.de 

SOFORTANFORDERUNG PER FAX: +49 (0)201 / 82002-34 oder im Fensterumschlag einsenden 

Ja, ich bestelle gegen Rechnung 3 Wochen zur Ansicht 

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ISO 26000 in der Praxis 

1. Auflage 2010 – ISBN: 978-3-8356-3222-6 für € 49,90 (zzgl. Versand) 

Die bequeme und sichere Bezahlung per Bankabbuchung wird mit einer Gutschrift 

von € 3,- auf die erste Rechnung belohnt. 

Firma/Institution 

Vorname, Name des Empfängers 

Straße/Postfach, Nr. 

PLZ, Ort 

Antwort 

Vulkan Verlag GmbH 

Versandbuchhandlung 

Postfach 10 39 62 

45039 Essen 

Telefon 

Telefax 

E-Mail 

Branche/Wirtschaftszweig 

Bevorzugte Zahlungsweise Bankabbuchung Rechnung 

Widerrufsrecht: Sie können Ihre Vertragserklärung innerhalb von zwei Wochen ohne Angabe von Gründen in Textform (z.B. Brief, Fax, E-Mail) oder 

durch Rücksendung der Sache widerrufen. Die Frist beginnt nach Erhalt dieser Belehrung in Textform. Zur Wahrung der Widerrufsfrist genügt die 

rechtzeitige Absendung des Widerrufs oder der Sache an die Vulkan-Verlag GmbH, Versandbuchhandlung, Huyssenallee 52-56, 45128 Essen. 

Nutzung personenbezogener Daten: Für die Auftragsabwicklung und zur Pflege der laufenden Kommunikation werden personenbezogene 

Daten erfasst und gespeichert. Mit dieser Anforderung erkläre ich mich damit einverstanden, dass ich vom Oldenbourg Industrieverlag oder vom 

Vulkan-Verlag per Post, per Telefon, per Telefax, per E-Mail, nicht über interessante, fachspezifische Medien- und Informationsangebote 

informiert und beworben werde. Diese Erklärung kann ich mit Wirkung für die Zukunft jederzeit widerrufen. 

Bank, Ort 

Bankleitzahl 

✘ 

Datum, Unterschrift 

Kontonummer 

PAISO12010 

ISO_26000Anzeige_A5_quer.indd 1 

18.10.2010 17:23:51 Uhr

praxis 

Bild 3: 

Die Software 

visualisiert einen 

Tank des Zuckertanklagers 

und zeigt 

produktionsrelevante 

Statusinformationen 

an. 

Bilder: Copa-Data 

lifax ist das Weihenstephaner Managementinformationssystem, 

das alle relevanten Informationen aus Produktion 

und Qualitätssicherung zusammenführt und schnell Auskunft 

über die Daten des gesamten Produktionsablaufs 

vom Rohstoffeingang bis zum Warenausgang liefert. 

Gekoppelt sind die beiden Lösungen über das Archivmodul. 

Die manipulationssicheren Dateien werden in 

die Qualifax-Datenbank exportiert. Diese Produktionsdaten 

werden mit den Artikelstammdaten (wie Etikette, 

Verschluss, Rezept) verarbeitet, um die Produktionsplanung 

und die entsprechende Logistik zu verbessern. 

Damit der Getränkelieferant die geplanten Produkte in 

den gewünschten Chargenprozessen erzeugen kann, 

müssen die Rohstoffe über automatisierte Scannerfunktionen 

eindeutig ausgewählt werden. 

Ein Barcodescanner liest hierfür die Informationen der 

Container ein. Damit wird auch die eindeutige Chargenrückverfolgung 

sichergestellt. Stimmt die Qualität, können 

sich die Mitarbeiter des Getränkeanbieters vollkommen 

auf die Ausbringleistung konzentrieren. 

Die erwähnte Lösung erfasst dazu alle relevanten Daten 

wie Flaschenanzahl, Getränk und Produktionszeitraum. 

Anschließend archiviert die Software diese Informationen 

und stellt die Daten als Trend dar. Diese Kennlinien 

verdeutlichen den Ist-Zustand der Produktion. 

Zusätzlichen Überblick verschafft das von der Krones 

AG applizierte „Zenon Weltbild“. Hier ist das gesamte 

Linienlayout erfasst, alle Maschinen und Aggregate werden 

übersichtlich dargestellt. 

Das Weltbild ermöglicht eine überlagerte Liniendiagnose 

und zeigt auf, an welchem Aggregat Störungen auftreten 

und um welche Störungen es sich handelt. Der 

Benutzer kann das Linienlayout aufzoomen, um die Maschinen 

und Aggregate bis ins Detail – beispielsweise 

eines einzelnen Ventils – zu betrachten. 

DIE LEISTUNG DER ANLAGE KLAR GESTEIGERT 

Ziel der Adelholzener Alpenquellen ist es, mit Zenon 

die Produktionsanlagen besser zu bedienen und zu 

warten, eine umfassende Kontrolle über die Ist-Leistung 

zu bekommen und gleichzeitig die Anlagenauslastung 

zu optimieren. Herbert Schrobenhauser: „Die 

Ziele, die Produktionsanlagen besser zu bedienen und 

zu warten, die Ist-Leistung umfassend zu kontrollieren 

und die Anlagenauslastung zu optimieren haben wir 

erreicht. Wir sichern so die Qualität unserer Produkte. 

Dies ist entscheidend in der Lebensmittelbranche. Parallel 

dazu identifizieren wir weitere Leistungspotenziale, 

um die Zukunftsfähigkeit unseres Unternehmens 

zu erhalten und stärken.“ 

Heute sind auf einen Blick alle Produktionsdaten in 

den Abfüllanlagen sichtbar. Adelholzener kann Entscheidungen 

für eine optimale Ausbringleistung 

schnell treffen. Die Ausbringleistung liegt heute bei 

400 Millionen Füllungen pro Jahr. Das ist eine Steigerung 

innerhalb der vergangenen zehn Jahre um 100 

Millionen Füllungen. 

Autor 

Jürgen Schrödel 

ist Managing Director 

der Copa-Data GmbH. 

Copa-Data GmbH, 

Haidgraben 2, D-85521 Ottobrunn, 

Tel. +49 (0) 89 66 02 98 90 

26 


11 / 2011

Sprechstunde 

2. Explosionsschutz-Sprechstunde 

Explosionsschutz 

17. + 18.11.2011, Mannheim, Pepperl+Fuchs GmbH 

www.explosionsschutz-sprechstunde.de 

Programm 

Eigensicherheit 

SIL und Explosionsschutz 

Zündschutzarten und ausgewählte Beispiele 

Betriebssicherheitsverordnung 

Technische Regeln Betriebssicherheit TRBS 

Referenten 

Moderation: Jürgen George, 

Pepperl+Fuchs GmbH 

Jürgen George, Dr. Andreas Hildebrandt, 

Gerhard Jung, Patrick Lerévérend, 

Michael Wenglorz, Thomas Westers 

Pepperl+Fuchs GmbH 

Wolfgang Gohm 

Extronic Gohm Consulting 

Arnold Staedel 

TÜV SÜD Industrie Service GmbH 

Reinhard Wilkens 

Physikalisch-Technische-Bundesanstalt 

Christoph Thust 

Infracor GmbH 

Dr. Michael Wittler 

DEKRA Exam GmbH 

Wann und Wo? 

Termin 

Donnerstag, 17.11.2011 

Veranstaltung (11:30 – 17:30 Uhr) 

„Get-Together“ mit Abendessen (ab 18:30 Uhr) 

Freitag, 18.11.2011 

Veranstaltung (9:00 – 15:00 Uhr) 

Ort 

Mannheim, Pepperl+Fuchs GmbH 

Zielgruppe 

Anwender und Hersteller aus der 

Prozessautomatisierung 

Teilnahmegebühr 

atp edition-Abonnenten 540 € 

Firmenempfehlung 590 € 

reguläre Teilnahmegebühr 690 € 

Im Preis enthalten sind die Tagungsunterlagen 

sowie das Catering (Kaffee, 2x Mittagsimbiss, 

„Get-Together“ mit Abendessen). 

Veranstalter 

§ 12 

BetrSichV 

Fragen Sie! 

Die Explosionsschutz-Sprechstunde gibt Ihnen ausreichend 

Gelegenheit, Ihre individuellen Fragen zu stellen und offen 

mit den praxiserfahrenen Referenten zu diskutieren. 

Stellen Sie Ihre Fragen rechtzeitig unter 

www.explosionsschutz-sprechstunde.de. 

Weitere Informationen und Online-Anmeldung unter 

www.explosionsschutz-sprechstunde.de 

Fax-Anmeldung: 089 - 450 51-323 oder unter www.explosionsschutz-sprechstunde.de 

Ich habe die atp edition abonniert 

Ich habe die atp edition nicht abonniert 

Ich komme auf Empfehlung von Firma: ..................................................................................................................................................................... 

Vorname, Name des Empfängers 

Telefon 

Telefax 


E-Mail 

Straße/Postfach 

Land, PLZ, Ort 

Nummer 

✘ 

Ort, Datum, Unterschrift 

Ihre freiwilligen Angaben werden zusammen mit den für die Vertragsabwicklung erforderlichen Daten von uns und der Unternehmensgruppe, unseren Dienstleistern sowie anderen 

ausgewählten Unternehmen verarbeitet und genutzt, um Sie über Produkte und Dienstleistungen zu informieren. 

Wenn Sie dies nicht mehr wünschen, schreiben Sie bitte an: Oldenbourg Industrieverlag, Rosenheimer Str. 145, D-81671 München

praxis 

Software zur Prozessmodellierung vereinfacht den 

Übergang von Pilotphase zu kommerzieller Anlage 

Bioraffinierie erzeugt hochwertiges Synthesegas aus Abfallprodukt der Zelluloseherstellung 

Das schwedische Unternehmen Chemrec hat eine 

Technologie für die Vergasung von Schwarzlauge 

entwickelt, durch deren Einsatz Zellstoffanlagen zu 

Bioraffinerien werden können. Beim Übergang von der 

Pilotphase auf eine vollständig kommerziell betriebene 

Anlage stieß das Unternehmen mit den internen Prozessmodellierungsinstrumenten 

an seine Grenzen. Mit 

der UniSim-Design-Plattform von Honeywell konnte 

Chemrec Prozesse und Anlagen je nach Bedarf planen 

und simulieren. 

Die von Chemrec entwickelte Technologie nutzt die bei 

der Zellstoffproduktion anfallende Schwarzlauge – also 

Biomasse –, um daraus große Mengen erneuerbarer Motorkraftstoffe 

oder Strom aus Biomasse zu erzeugen. Der 

Prozess basiert auf einer unter Hochtemperatur erfolgenden 

Flugstromvergasung von Schwarzlauge, bei der hochwertiges 

Synthesegas entsteht. Das hauptsächlich aus 

Wasserstoff und Kohlenmonoxid bestehende Gasgemisch 

wird als Ausgangsmaterial für viele Biokraftstoffe verwendet. 

Chemrec ermöglicht damit Zellstoff- und Papierwerken 

mit seiner proprietären Technologie der Schwarzlaugevergasung 

den Übergang zu Bioraffinerien. 

NEUE TOOLS ZUR PROZESSMODELLIERUNG NÖTIG 

Mit einer Versuchsanlage im schwedischen Pitea kann 

das Unternehmen auf eine zwanzigjährige Erfahrung in 

der Vergasungstechnologie für Schwarzlauge zurückblicken. 

In dieser Zeit verbesserte das Unternehmen die 

Technologie in Demonstrationsanlagen und einer kommerziellen 

Anlage in New Bern im US-Bundesstaat North 

Carolina. Mit einer Machbarkeitsstudie untersuchte 

Chemrec die Möglichkeit, seine Prozesse für die Vergasungstechnologie 

zu testen, auszulegen, zu überwachen 

und zu bewerten. Chemrec wollte seinen Prozess gewinnbringend 

einsetzen und brauchte daher eine Technologie 

für den internen Test und die Simulation seiner Prozesse, 

um den Übergang von der Pilotphase auf eine vollständig 

kommerziell betriebene Anlage zu vollziehen. Die bisherigen 

Lösungen erwiesen sich als unzureichend und berücksichtigten 

nicht alle Aspekte des Gesamtprozesses. 

„Unsere internen Prozessmodellierungsinstrumente 

waren nicht effizient genug, um alle Aspekte des Prozesses 

zu erfassen und uns ein detailliertes Bild von einer 

vollständigen kommerziellen Anlage zu vermitteln“, sagt 

Erik Furusjö, Verfahrensingenieur für Anlagenplanung 

bei Chemrec. „Wir brauchten die Zusammenarbeit mit 

einem Partner, der über eine bewährte Simulationslösung 

verfügte und uns bei der erforderlichen Optimierung 

unserer aktuellen Prozesse und der zukünftigen 

Weiterentwicklung auf diesem innovativen Gebiet unterstützen 

konnte.“ 

EINSATZFELDER FÜR SYNTHESEGAS UNTERSUCHT 

Chemrec verglich verschiedene Software-Lösungen und 

entschied sich letztlich für die UniSim-Design-Plattform 

von Honeywell. Mit UniSim war Chemrec in der Lage, 

Prozesse je nach Bedarf zu planen und zu simulieren. Das 

Unternehmen setzte die Software für die Planung seiner 

neuen Anlage in Domsjö und für die Prozessentwicklung 

der Pilotanlage in Pitea in Schweden ein, dem Standort 

der weltweit ersten BioDME-Anlage (DME: Dimethylether). 

Des Weiteren wird die UniSim-Software dazu verwendet, 

alternative Einsatzfelder von Synthesegas zu 

untersuchen und verschiedene Prozesskonfigurationen 

und Produkte zu testen. Aufgrund der Kopplung mit 

der Simulationssoftware von OLI Systems kann Chemrec 

UniSim außerdem für die Simulation von Eigenschaften 

konzentrierter Elektrolytlösungen einsetzen, 

was bei der Integration in Zellstoffwerken eine wichtige 

Rolle spielt. 

Ingenieure können mit der Software sowohl stationäre 

als auch dynamische Modelle für die Auslegung, 

Überwachung und das Testen von Anlagen entwickeln. 

UniSim Design ermöglicht die stationäre Simulation 

chemischer und anderer Prozesse und unterstützt aufgrund 

schneller Prozessoren mit der Fähigkeit zur 

Rückwärtsberechnung, und damit unmittelbar verfügbarer 

Untersuchungsergebnisse, die Anwender bei der 

Entscheidungsfindung. Zusätzlich erlauben es die Möglichkeiten 

der dynamischen Simulation, stationäre Modelle 

auf transiente Modelle auszuweiten. Dadurch 

stehen konsistente thermodynamische Eigenschaften 

und Modellkonfigurationen für die Analyse von Prozessübergängen, 

die Untersuchung des Regelungsverhaltens 

und für Bedienerschulungen zur Verfügung. 

ANLAGE ERZEUGT BIO-DIMETHYLETHER 

Durch den Einsatz seiner patentierten Vergasungstechnologie 

kann Chemrec die in der Zellstofffabrik erzeugte 

Schwarzlauge in hochwertiges Synthesegas umwandeln. 

Synthesegas ist ein hauptsächlich aus Wasserstoff und 

Kohlenmonoxid bestehendes Gasgemisch, das zu verschiedenen 

Kraftstoffen und Chemikalien verarbeitet 

werden kann. Das während des Chemrec-Prozesses erzeugte 

Synthesegas ist das Ausgangsmaterial für die Synthese 

zahlreicher potenzieller Biokraftstoffe, wie Dimethylether 

und Methanol, zwei herausragende Biokraftstoffe, 

die die Anforderungen hinsichtlich Produktkosten, 

Umweltverträglichkeit und Prozessreife erfüllen. 

Gemeinsam mit Volvo Trucks und einigen anderen 

Unternehmen beteiligt sich Chemrec am BioDME-Projekt, 

mit dem die gesamte Kette von der erneuerbaren 

forstwirtschaftlichen Biomasse bis zum Einsatz von 

BioDME in Schwertransportern entwickelt und demonstriert 

werden soll. 

WELCHER EINSATZ IST WIRTSCHAFTLICH? 

„Wir haben gleich neben der Vergasungs-Pilotanlage in 

Pitea eine neue DME-Anlage gebaut. Dort wird Synthesegas 

aus dem Vergaser in BioDME umgewandelt und 

gleichzeitig die Gasreinigung, Gasaufbereitung und Kraftstoffsynthese 

durchgeführt“, berichtet Furusjö. Die 

Chemrec-Anlage produziert über vier Tonnen BioDME 

pro Tag, das bis 2012 zu Testzwecken in der Fahrzeugflotte 

von Volvo eingesetzt wird. „UniSim Design ist eines 

der Werkzeuge die wir zur Auslegung einer vollständig 

28 


11 / 2011

kommerziell betriebenen Anlage eingesetzt haben. Die 

Software kann außerdem zur konzeptionellen Bewertung 

des alternativen Einsatzes von Synthesegas verwendet 

werden“, sagt Furusjö. „Durch das Austesten verschiedener 

Prozesskonfigurationen, Prozesse und Produkte kann 

Chemrec heute Fragen wie ‚Wofür können wir das Synthesegas 

verwenden?‘ und ‚Was ist technisch und wirtschaftlich 

machbar?‘ leichter beantworten. Chemrec berücksichtigt 

diese Fragen und ist in der Lage, die Auslegung 

der Vergasungsanlage auf das verwendete Ausgangsmaterial 

und das gewünschte Endprodukt abzustimmen.“ 

Aufgrund der Integration mit der Elektrolysesimulation 

von OLI Systems können mit UniSim Simulationen 

konzentrierter Elektrolytlösungen bei hohem Druck 

und hohen Temperaturen durchgeführt werden. „Wir 

können mit einer einzigen Lösung sowohl den petrochemischen 

Teil unserer Anlagen als auch den Bereich 

Zellstoff und Papier simulieren. Die Vergasungsanlage 

befindet sich an der Schnittstelle zwischen den beiden 

Industriebereichen, die völlig unterschiedliche Ansprüche 

stellen“, kommentiert Furusjö. „Mit der Lösung 

von Honeywell in Kombination mit unseren internen 

Werkzeugen für die Vergasungssimulation sind wir in 

der Lage, Experimente zu simulieren. Wir können beispielsweise 

feststellen, ob eine Qualitätsveränderung 

bei der als Ausgangsmaterial verwendeten Schwarzlauge 

die Rohgaseigenschaften beeinflusst und vor allen 

Dingen die Gründe dafür nachvollziehen. Die Zusammenarbeit 

mit dem Honeywell-Team funktionierte reibungslos. 

Wir haben das erforderliche Know-how erworben, 

um diese hervorragende Technologie in die 

Praxis umzusetzen.“ 

Mithilfe der UniSim-Design-Lösung von Honeywell 

sieht Chemrec sich auf dem Gebiet der Biokraftstoffe für 

die Zukunft bestens aufgestellt und beabsichtigt eine 

Übertragung seiner Technologien in andere Anlagen. 

Energie aus Biomasse: Die Technologie von Chemrec 

ermöglicht die Vergasung von Schwarzlauge und damit auch die 

Erzeugung großer Mengen Motorkraftstoffe oder Strom. 

Die Software zur Prozessmodellierung erlaubt das 

Erstellen stationärer und dynamischer Modelle für die Auslegung 

von Anlagen, die Überwachung der Leistungsfähigkeit, die Fehlersuche 

und die Optimierung von Betriebsabläufen. 

Autor 

Herbert Fittler ist Senior 

Consultant bei Honeywell 

Process Solutions. 

Honeywell Process Solutions, 

Heinrich-Hertz-Str. 40, D-40699 Erkrath, 

Tel. +49 (0) 211 920 64 14, 

E-Mail: herbert.fittler@honeywell.com 

Bilder: Honeywell 

Mithilfe der 

UniSim-Technologie 

kann Chemrec 

Gasprozesse vorhersagen 

und damit die 

Qualität der Schwarzlauge 

in seinem Werk 

für alternative Biokraftstoffe 

optimieren. 


11 / 2011 

29

hauptbeitrag 

Bedienbilder 

auf Knopfdruck 

Modellbasierte Erzeugung von Fließbilddarstellungen 

Die Erstellung von Bedienbildern für die Prozessführung ist aufwendig und fehleranfällig. 

Eine Analyse der Informationsströme zeigt jedoch auf, dass sich unter bestimmten 

Voraussetzungen ein Großteil der Aktivitäten automatisieren lässt. In einer Kooperation 

von Hochschule und Industrie wurde ein theoretischer Lösungsansatz in einen funktionalen 

Demonstrator überführt, mit dem die in den digitalen Planungsdaten bereits erhaltene 

Information effektiv und effizient für die automatische Erstellung von Bedienbildern 

genutzt werden kann. Basis für die automatische Erstellung ist eine Beschreibung des 

Bedienbilder (HMI)-Engineerings als regelgeleitete Modelltransformation. Der Demonstrator 

eröffnet bereits jetzt neue Wege für die tiefe Integration von Prozessmodulen und 

Kompaktteilanlagen (Package Units) und zur Unterstützung von Inbetriebsetzung und 

Operatortraining. 

SCHLAGWÖRTER Prozessführung / Mensch-Maschine-System / Integriertes Engineering 

Model-based Generation of HMI-Mimics for Supervisory Control in Process Industries 

The preparation of human-machine interfaces (HMIs) in the process industries is costintensive 

and error-prone. Work flow analysis shows that under certain conditions many 

of the activities can be automated. A functional demonstrator has been developed which 

derives HMIs directly from the engineering data. The automatic generation is based on a 

description of the HMI engineering as rule-governed model transformation. The demonstrator 

already opens new possibilities for the deep integration of process modules and 

package units, and supports commissioning and operator training. 

KEYWORDS Supervisory Control / Human-Machine-Interaction / Integrated Engineering 

30 


11 / 2011

Falk Doherr, Leon Urbas, TU Dresden 

Oliver Drumm, Volker Franze, Siemens 

Wegen steigender Anforderungen an Wirtschaftlichkeit 

und Sicherheit werden die 

Anlagen der Prozessindustrie kompakter 

und komplexer. Gleichzeitig verkürzen 

sich die für die Anlagenplanung zugestandenen 

Zeiten immer mehr und die Planungsmannschaften 

werden kleiner. Daher ist eine stetige Effizienzsteigerung 

notwendig, um in Europa Anlagen 

weiterhin konkurrenzfähig planen zu können. Eine 

Schlüsselrolle kommt dabei einer Verbesserung der 

Weiterleitung von Planungsinformationen im gesamten 

Lebenszyklus zwischen Phasen und Werkzeugen zu. 

Diese Integration ist alles andere als trivial. Denn der 

mit den Planungstätigkeiten verbundene Informationsbedarf 

in den Phasen und in den unterschiedlichen 

Gewerken unterscheidet sich deutlich. Er hat zu einer 

heterogenen Landschaft lokal sehr effizienter, hochspezialisierter 

Werkzeuge geführt. 

Davon ist besonders die Erstellung der Bedienbilder 

für die Prozessleitsysteme betroffen. Hier werden Informationen 

vieler unterschiedlicher Gewerke benötigt. 

Diese liegen vielfach bereits in digitaler Form vor. Aufgrund 

fehlender Schnittstellen, einheitlicher Standards 

und umfangreicher Integrations-, Anreicherungs- und 

Transformationstätigkeit ist die Bedienbilderstellung 

dennoch ein weitgehend manueller und fehleranfälliger 

Arbeitsschritt. Bild 1 zeigt die wesentlichen Vorgänge 

bei der Gestaltung der Mensch-Prozess-Kommunikation 

und die benötigten Informationsflüsse aus den verfahrenstechnischen 

und automatisierungstechnischen Engineeringphasen. 

Verursacht durch die hohen Aufwände, 

wird die Bedienbilderstellung – trotz ihrer großen 

Bedeutung für die Prozessführung – üblicherweise erst 

sehr spät im Projekt angegangen. 

Vielfach wäre es jedoch hilfreich, bereits in früheren 

Phasen, beispielsweise zur Durchführung der Risikound 

Betreibbarkeitsanalyse (engl. Hazard and Operability 

Analysis), erste Vorschläge zur Prozessführung mit 

Bildschirmen zur Verfügung zu haben, da hier die Arbeitsteilung 

zwischen Bedienmannschaft und Automatisierungssystem 

auf dem Prüfstand steht. Ebenso würden 

Inbetriebsetzung und Operatortraining von einer 

schnellen Verfügbarkeit von funktional korrekten Zwischenständen 

des Bediensystems profitieren. Nicht zuletzt 

könnte die Prozessoptimierung erheblich beschleunigt 

werden, wenn große Teile der Bedienbilderstellung 

automatisiert ablaufen könnten. 

1. Mensch-Prozess-Kommunikation 

Die Anlagen der Prozessindustrie werden überwiegend 

aus zentralen Leitwarten überwacht und geführt. Die 

Mensch-Maschine-Nahtstelle wird dabei mit Rechnerbildschirmen 

realisiert. Dabei sind die speziell auf die harten 

Anforderungen der Industrie ausgelegten Hard- und Softwaresysteme 

auf dem Rückzug; aus wirtschaftlichen 

Gründen werden auf breiter Front aus dem Büro bekannte 

Hardware und Betriebssysteme eingesetzt. Dies gilt allerdings 

nur eingeschränkt für die Software zur Realisierung 

der Mensch-Prozess-Kommunikation (HMI, Human-Machine-Interface). 

Für Datenerfassungs- und -auswertungsaufgaben 

sowie für die Berichterstellung kommen aus der 

Bürowelt bekannte Tabellenverarbeitungs- und Schreibprogramme 

zum Einsatz. Da das HMI jedoch eine kritische 

Nahtstelle der „Augen“ und „Hände“ des Operators zu 

dem komplexen technischen Prozess darstellt, bleibt ein 

auf die Aufgaben der Prozessführung in der Prozessindustrie 

optimierter Zugang nach wie vor notwendig und sinnvoll. 

Die Blätter der VDI/VDE-Richtlinie 3699 „Prozessführung 

mit Bildschirmen“ [1], die aktuell im GMA FA 

5.23 überarbeitet werden, geben für die Ausgestaltung von 

beispielsweise Kurvenbildern, Fließbildern und Meldelisten 

wertvolle Hinweise. Für die Meldesysteme zeigt [3], 

dass die Empfehlungen dieser Richtlinie in den Prozessleitsystemen 

nahezu vollständig umgesetzt sind. 

1.1 Fließbilder 

Ein wesentliches Element der HMIs in der Prozessindustrie 

sind schematische grafische Darstellungen 


11 / 2011 

31

Hauptbeitrag 

BILD 2: Beispiel eines 

Bedienbilds in der 

Prozessindustrie 

BILD 1: Aktivitäten und Informationsströme bei der 

Gestaltung der Mensch-Prozess-Kommunikation [2] 

BILD 3: 

Rohrleitungs- und 

Instrumentierungsdiagramm 

(R&I-Diagramm) 

der prozesstechnischen und automatisierungstechnischen 

Struktur der Anlagen. Dazu werden ausgewählte 

Apparate, die verbindenden Rohrleitungen 

und die für den Informationsbereich wesentlichen 

Instrumente angezeigt. Zum anderen können die Anlagenfahrer 

über die Bedienbildsymbole den Prozess 

direkt oder indirekt beeinflussen. Der Eingriff erfolgt 

üblicherweise indirekt über gerätespezifische Bedienleitfelder 

(Faceplates), die den Zustand eines Instruments 

oder Regelkreises sowie die spezifischen Eingriffsmöglichkeiten 

darstellen. Zuletzt enthalten die 

Bedienbilder üblicherweise Schaltflächen für die 

Navigation innerhalb der Anlagenstruktur, für das 

Ein- und Ausblenden von Schrittketten und Kurvendarstellungen 

oder zur Anwahl von bereichsspezifischen 

Programmen. 

32 


11 / 2011

1.2 Bedienbild-Engineering 

Eine durchschnittliche Chemieanlage ist mit etwa 2500 

bis 7500 EMSR (Elektrisches Messen, Steuern, Regeln)- 

Stellen und 130-500 Prozessbedienbildern ausgestattet 

[4]. Der Aufwand für die Erstellung der Prozessbedienbilder 

hängt von Automatisierungs- und Wiederholgrad 

von Lösungsmustern ab, ist aber generell nicht zu vernachlässigen, 

da der Entwurf der Mensch-Maschine- 

Schnittstelle hohen Qualitäts- und Sicherheitsanforderungen 

unterliegt. Diese spiegeln sich konzentriert in 

den in der VDI/VDE-Richtlinie 3699, Blatt 2, aufgeführten 

Grundsätzen der Mensch-Maschine-Systemgestaltung 

wider. Zwei in diesem Kontext wichtige Punkte 

sind die Forderung nach Einheitlichkeit und Eindeutigkeit. 

Demnach ist gleiche Information immer gleich 

darzustellen. Das bedeutet auch, dass zwischen den 

Planungsdokumenten und den Systemen der Betriebsphase 

eine weitgehende Konsistenz anzustreben ist. 

Aufgrund der jeweils systemspezifisch notwendigen 

Detailkenntnisse wird die Erstellung der HMI in den 

meisten Fällen vom Leitsystemlieferanten oder Systemintegrator 

durchgeführt. Die Design- und Strukturvorgaben 

erhält er von den verfahrenstechnischen und automatisierungstechnischen 

Planungsbereichen des Anlagenbauers 

und vom Endkunden der Anlage. 

Die wesentlichen Aufgaben bei Erstellung der Prozessbedienbilder 

sind 

1 | Navigationsstruktur konzipieren und Bedienbilder 

anlegen, 

2 | statische und dynamische Symbole auswählen 

und in den Bedienbildern platzieren, 

3 | Verbindungen zwischen den Symbolen, beispielsweise 

für Rohrleitungen zur Darstellung von 

Materialströmen, herstellen, 

4 | Symbole mit den Variablen des Automatisierungssystems 

verbinden und schließlich 

5 | Elemente zur Präsentation von Prozessalarmen 

und Trenddarstellungen in das HMI-System 

integrieren. 

Die wichtigsten dabei verwendeten Informationsquellen 

sind: 

Rohrleitungs- und Instrumentenfließbild (R&I): 

technologische Darstellung des Prozesses (Bild 3) 

Instrumentierungsliste: Auflistung aller Instrumente 

mit den wichtigsten Informationen (wie 

Messtyp, Messbereich, Signalart, Alarm) 

Konfiguration des Automatisierungssystems 

Liste der Kontrollfunktionen: Präsentation der 

Steuerungsfunktionen durch die Automatisierungstechnik 

(Continuous Function Charts (CFC) 

and Sequential Function Charts (SFC)) 

Das R&I-Diagramm stellt ein essenzielles Dokument 

an der Schnittstelle von Verfahrenstechnik und Automatisierungstechnik 

dar. Im R&I werden die Anforderungen 

an die Automatisierung formuliert, und dort 

sind neben der Prozesstopologie eine Vielzahl von 

Randbedingungen für die Instrumentierung aufgeführt. 

Entsprechend kommt dieser Dokumentenart 

auch bei der HMI-Erstellung eine zentrale Rolle zu. 

Durch „Einwolken“ werden auf den bis zu DIN A0 großen 

Papierplänen sinnvolle Untermengen für die Darstellung 

auf einzelnen Bedienbildern definiert. Zusammen 

mit den EMSR-Stellenlisten, Funktionsplänen 

und weiterer Eingangsinformationen entstehen dann 

in Handarbeit und einigen Revisions- und Iterationsschritten 

die lauffähigen Prozessbedienbilder. 

Dieser Prozess wird von den meisten Leitsystemen 

durch jeweils spezifische Bibliothekskonzepte sowie 

leitsystemspezifische Programmierschnittstellen oder 

Makrosprachen zur Definition von anpassbaren Vorlagen 

und zur Automatisierung von wiederkehrenden 

Teilaufgaben, unterstützt. So können beispielsweise in 

einigen Systemen Bedienbilder als Vorlage für funktional 

gleiche Teilanlagen verwendet und die Prozessanbindung 

mit wenigen Handgriffen angepasst werden, 

falls die Struktur der Kennzeichnungssysteme für die 

Automatisierung dies durch einfache Textersetzungsregeln 

ermöglicht. 

Die automatische Übernahme der Eingangsinformation 

in das Engineering der Bediensysteme ist aktuell nur 

rudimentär ausgeprägt. Üblicherweise lassen sich Listen 

mit den Namen von Automatisierungsobjekten und Prozessvariablen 

importieren und verwerten. Darüber hinausgehende 

Strukturinformation wie das R&I werden 

derzeit in keinem System verwertet. 

2. HMI-Engineering als Transformationsprozess 

Auf einer abstrakten informationstechnischen Ebene 

lässt sich die Bedienbilderstellung als eine Sequenz 

von Transformationsschritten beschreiben. Die Ausgangsinformation 

wird dabei ausgewählt, weiter ausspezifiziert, 

angereichert oder verfeinert. In der Prozessindustrie 

haben sich aufgrund der hohen Anzahl 

von für die Prozessführung relevanten, gleichartigen, 

projekt- und domänenspezifischen Elementen (wie beispielsweise 

Messpunkten, Ventilen, Pumpen oder Reglern) 

Bibliotheks konzepte bewährt. Eine sorgfältige 

Analyse der Arbeitsschritte zeigt, dass ein Großteil der 

Transformationsschritte durch mehr oder weniger 

komplizierte Regeln beschrieben werden kann. 

2.1 Das Cameleon Reference Framework 

Die automatische Generierung von Dialogen aus abstrakten 

Modellen der Interaktion, wie beispielsweise 

MOTIF [5], ist bereits seit über zwei Jahrzehnten in Entwicklung 

und Anwendung. Das Kernkonzept besteht 

darin, eine abstrakte Problembeschreibung zu erstellen, 

die völlig zielsystemunabhängig ist, und diese dann 

über Anreicherungs- und Transformationsschritte in 

eine finale Anwendung zu überführen. Dieser Ansatz 

ist auch bereits zur HMI-Erstellung genutzt worden, wie 

beispielsweise bei MOBI-D [6] oder TERESA [7]. Zur 

strukturierten Einteilung der Ansätze lässt sich das 

Cameleon Reference Framework (CRF) [8] heranziehen. 

Mit diesem ist es möglich, verschiedene HMI–MDSE- 


11 / 2011 

33

Hauptbeitrag 

Ansätze (Model-driven Software Engineering [9]) zu 

vergleichen. Das CRF definiert Ontologien, Modelle und 

generische Abstraktionen und Verfeinerungsschritte. 

Bild 4 zeigt das Framework grafisch. 

Das CRF besteht aus vier Abstraktionsebenen. Als Erstes 

betrachtet das Konzept- und Aufgabenmodell die notwendigen 

logischen Aktivitäten, um die Ziele des Nutzerdialogs 

zu erreichen und identifiziert jene Objekte, die 

zu manipulieren sind, um die Aufgaben zu erfüllen. Als 

Zweites adressiert das Modell der abstrakten Nutzerschnittstelle 

die Komponenten des Nutzerdialogs, die zur 

Aufgabenerfüllung benötigt werden. Es berücksichtigt 

dabei nur die logische Struktur ohne Festlegung der Modalität 

und Beschreibung von Realisierungsdetails. In der 

dritten Ebene, dem konkreten Modell der Nutzerschnittstelle, 

werden die abstrakten Interaktionsobjekte der 

zweiten Ebene durch konkrete (das heißt mittels einer 

festgelegten Modalität realisierte) Objekte ersetzt. Diese 

Ebene wird in die endgültige Benutzeroberfläche im Sinne 

einer generischen Softwareumgebung (zum Beispiel 

XHTML, Java) oder industrietaugliche HMI-Laufzeitumgebungen, 

wie Simatic WinCC (Siemens), PVSS II (ETM) 

oder InTouch (Wonderware) transformiert. 

Die MDSE-Technologien haben bereits ihr großes Potenzial 

zur automatischen Erzeugung von dialoggetriebenen 

Nutzerschnittstellen für unterschiedliche Zielplattformen 

zeigen können. Damit ist MDSE auch sehr 

interessant für die Prozessführungsschnittstellen mit 

ihren großen Datenmengen, verschiedenen Darstellungsgrößen 

und unterschiedlichen Zieltechnologien. 

Einige MDSE-Ansätze für die HMI-Generierung sind in 

Bezug auf CRF durch [8] klassifiziert. Dies hilft beim 

Vergleich der unterschiedlichen Ansätze. Daher wird 

das Konzept zur automatischen Erzeugung von Bedienbildern 

in der Prozessindustrie (kurz: autoHMI) im 

Rahmen von CRF vorgestellt. 

Archetypal models 

Ontological 

models 

Domain 

Concepts 

Tasks 

Context ofuse 

User 

Platform 

Environment 

Config 1 

Concepts 

(D1) 

Tasks 

(D2) 

User 

(D3) 

Platform 

(D4) 

Environment 

(D5) 

Concepts and 

Task Model 

(D8) 

Abstract 

interface 

(D9) 

Concrete 

interface 

(D10) 

D8 

D1, D2, D3 

D9 

D8 

D10 

D8, D9, D4, D5 

Config 2 

D1 

D2 

D3 

D4 

D5 

BILD 4: Cameleon 

Reference 

Framework [8] 

Adaptation 

Evolution 

Transition 

Evolution 

(D6) 

Transition 

(D7) 

S 

C 

E 

FinalUIfor 

Config 1 

(D11) 

D11 

D9, D10, R3,R4 

S 

C 

E 

D6 

D7 

Observed 

models 

S 

C 

E 

Runtime Infrastructure R5 

BILD 5: 

Transformationskette 

von autoHMI 

Metamodell SCADA-Objekte: 

Entwurf, Klassen, Verhalten und Animationen 

Analyse 

SCADA- 

Frameworks 

VisiWinNET 

aCAE 

(CAEX) 

CAE- 

Entwicklungswerkzeug 

HMI- 

Design- 

Assistent 

ABSTRAKTES 

HMI- 

MODEL 

(aHMI) 

Model-Model- 

Transformation 

WinCC/PCS7 

InTouch 

-TAGNAMES 

-STRUCTURES 

-GUI-O BJEKTS 

-(ALARMS) 

CoDeSys 

XVCML 

Templates &Typicals 

-VDI/V DE 3699 

-Kundenrichtlinien 

HMI- 

Gestaltungsregeln 

Transformationsregeln, 

Templates 

-Engineering-Erfahrungen 

34 


11 / 2011

2.2 autoHMI-Konzept 

Angelehnt an das CRF ist autoHMI ein Ansatz, der aufbauend 

auf Basisplanungsdaten mittels Informationsanreicherung 

ein HMI in einem Zielsystem entstehen 

lassen soll. Bild 5 zeigt die Modellkette von autoHMI. 

Die detaillierte Beschreibung des autoHMI-Konzepts 

bezüglich des CRF findet sich in [2]. Hier werden nur 

die wesentlichen Aspekte herausgehoben, die für das 

Verständnis der beschriebenen konkreten autoHMI- 

Realisierung notwendig sind: 

1 | Basisdaten > aCAE (Konzept- und Aufgabenmodell) 

Das Konzept- und Aufgabenmodell von autoHMI ist 

eine Datensammlung aller HMI relevanten Informationen, 

die während der Planungsphasen im CAE- 

System zur Verfügung stehen. Dieses „abstrakte CAE- 

Modell“ (aCAE) sollte mit nur minimalem manuellem 

Aufwand erzeugt werden können. Bezüglich der 

Anlagenplanungsdaten ist aCAE eine Implementierung 

des CAEX Meta Modells [10], welches bereits die 

Basisbegriffe der Richtlinie IEC 61512, wie Units, 

Equipment und Control Modules, einführt. Gemäß 

der VDI/VDE-Richtlinie 3699 [1] sollten HMI sowohl 

Informationen zur Struktur als auch zu den funktionalen 

Beziehungen der Objekte enthalten. Daher beinhaltet 

aCAE als Erweiterung zur IEC 61512 auch 

Informationen über die Verbindungen und Platzierungen 

der Planungsobjekte auf den schematischen 

Prozesszeichnungen (R&I). 

2 | aCAE > aHMI (Modell der abstrakten 

Nutzerschnittstelle) 

Zur übersichtlichen Gestaltung und um mehrere 

Zielsysteme mit autoHMI bedienen zu können, ist 

die Einführung eines Modells des abstrakten Interfaces 

nach dem CRF sinnvoll. Das CRF unterscheidet 

strikt zwischen dem abstrakten und dem konkreten 

Interface. Das abstrakte Interfacemodell enthält nach 

CRF noch keine Darstellungsmodalitäten. Das aHMI- 

Modell von auto-HMI hingegen beinhaltet bereits 

diese Informationen und vereinigt somit beide CRF- 

Modelltypen. Allerdings bleibt aHMI noch immer 

plattformunabhängig in seiner Modellierung. Der 

abstrakte Teil von aHMI transformiert die Strukturinformation 

von aCAE in eine Interaktions- und 

Navigationshierarchie. Diese Zuordnung steht in 

Bezug zum Aufgabenmodell der VDI/VDE-Richtlinie 

3699 [1]. Units, Equipment und Control Module werden 

auf abstrakte Interaktionsobjekte abgebildet und 

relevante Informationen werden übertragen. Der 

konkrete Teil von aHMI enthält Implementierungsinformationen 

für die Detaildarstellung auf 2D-Display 

in Leitwarten. Die Transformation der aCAE- 

Daten in die konkrete Beschreibung der Bedienoberflächen 

wird über ladbare, aber feste Zuordnungsschemen 

gesteuert, wie die Zuordnung einer 

abstrakten Rolle eines aCAE-Objektes zu einem 

animierten und interaktiven Grafik objekt (Symbol) 

oder die Zuordnung des Prozessmediums einer Rohrleitung 

zum Farbcode der repräsentierenden Linie 

auf dem Bedienbild. 

3 | aHMI > endgültige Benutzeroberfläche 

Der letzte Schritt in der Werkzeugkette ist die Überführung 

des abstrakten HMI in die Darstellungsformen 

eines Zielsystems. Dieser Schritt ist immer systemspezifisch 

zu implementieren. Hierbei wird wiederum 

über Anreicherung basierend auf Vorlagen und 

Transformationsvorschriften ein Format erzeugt, 

welches sich in das Zielsystem integrieren lässt. 

3. autoHMI-Realisierung 

BILD 6: Auszug aus dem abstrakten 

HMI Modell (aHMI) 

Die autoHMI-Werkzeugkette wurde als eine Reihe von 

Programmen modular implementiert, welche XML- 

Daten einlesen, Transformationen durchführen und 

XML-Daten wieder ausgeben (Bild 7). Der in diesem 

Artikel beschriebene Kern der Umwandlung wird 


11 / 2011 

35

Hauptbeitrag 

durch die Komponente „HMI-Design-Assistent“ repräsentiert. 

Dieser Teil ermöglicht die Eingabe wesentlicher 

Nutzerangaben, die für die Steuerung der 

Transformationen notwendig sind, erzeugt das abstrakte 

Zwischenformat aHMI und führt die Verfeinerungsschritte 

hinsichtlich der endgültigen Benutzeroberfläche 

für ein spezifisches HMI-Zielsystem durch. 

Die drei wichtigsten Teile der Werkzeugkette werden 

in den folgenden Abschnitten erläutert. 

3.1 CAE-Export – aCAE-Erzeugung 

Als CAE-Werkzeug kommt Comos von Siemens zum 

Einsatz. Mit diesem Werkzeug können unter anderem 

das Prozessdesign und das automatisierungstechnische 

Engineering auf einer Datenbasis durchgeführt 

werden. Durch eine nutzerdefinierte Abfrage und die 

integrierten XML-Connectoren ist es möglich, interne 

Planungsdaten von Comos in ein beliebiges XML-Format 

zu exportieren. Die wesentliche Aufgabe der XML- 

Connectoren ist also, das Mapping zwischen dem Datenmodell 

in Comos und dem aCAE-Modell herzustellen. 

Neben dem Export der allgemeinen Strukturinformationen 

ist es möglich, die Position eines Objektes 

auf dem R&I, auf dem es sich befindet, und wichtige 

Eigenschaften der Objekte, wie beispielsweise den Objekttyp 

(role), zu extrahieren. 

3.2 HMI-Design-Assistent 

Der HMI-Design-Assistent verarbeitet in einem ersten 

Schritt die im CAEX-Format exportierten Daten und 

erzeugt daraus eine abstrakte, technologieunabhängige 

Repräsentation des Bedienbildes. Der Assistent entscheidet 

anhand der Rollen (Objekttyp) der Anlagenelemente, 

in welcher Form diese in das aHMI-Format konvertiert 

werden. Dabei werden Kopiervorlagen (Templates), 

die jeweils eine Rolle widerspiegeln, mit den 

Eigenschaften des jeweiligen Anlagenelements aus 

Comos instanziiert. Die instanziierten Templates werden 

unter dem Knoten „Grafikinstanzen“ nach ihrer 

Rolle angeordnet (Bild 6). Unbekannte Anlagenelemente 

werden unter der Rolle „Default“ genannt. Zusätzlich 

existieren noch sonstige Objekte (Rolle „Sonstiges“), 

zum Beispiel T-Stücke, Handventile, Distanzscheiben. 

Diese stellen Anlagenelemente dar, die auf dem R&I 

gezeichnet wurden, für die Darstellung auf dem Bedienbild 

jedoch nicht in Frage kommen. Die sonstigen Objekte 

werden für die Darstellung der Rohrleitungen als 

Verbindungspunkte benötigt und deshalb in das aHMI- 

Format überführt. 

Im zweiten Schritt erzeugt der HMI-Design-Assistent, 

wiederum unter Zuhilfenahme von Templates und 

Transformationsvorschriften basierend auf den Typen 

von Grafiktemplates, ein für Simatic WinCC interpretierbares 

HMI. Dieses wird im WinCC Control File 

(WFC) abgelegt. Es enthält zeilenweise Anweisungen, 

die auf einem im Entwicklungsmodus geöffneten Bedienbild 

durchzuführen sind. Diese Befehle sind beispielsweise 

die Erzeugung von Standardobjekten (Linie, 

Text, Rechteck), das Instanziieren von Bibliothekssymbolen 

und die Veränderung von Symbolobjekteigenschaften. 

3.3 WCF Execution Wizard 

Zum internen Eingriff in WinCC wird ein Wizard erzeugt. 

Programmierbare Wizards gehören zur Standardkonfiguration 

von WinCC. Der WCF Execution 

Wizard führt die in der WCF definierten Anweisungen 

der Reihe nach aus. Das Abarbeiten beginnt, indem ausgelesen 

wird, welche Objekte schon vorhanden sind. 

Vorhandene Objekte entstehen durch die Funktionalität 

von Simatic PCS 7, mit der aus dem Steuerungsengineering 

Bildsymbole für bedien- und beobachtbare Objekte 

(zum Beispiel Ventile) auf einem HMI automatisch 

generiert werden können. Die von PCS 7 automatisch 

erzeugten Bediensymbole werden der Reihe nach am 

oberen Rand angeordnet (Bild 8). 

Danach erfolgt die zeilenweise Verarbeitung der WCF. 

Nach Abarbeitung der WCF werden alle Objekte, die 

nicht erstellt oder zugeordnet wurden, an den rechten 

unteren Rand des Bildes verschoben. 

4. Anwendungsfall 

Als Anwendungsfall dient ein R&I einer Siemens-Laboranlage 

(Bild 3). Das Fließbild und die darauf befindlichen 

Elemente sind im CAE-Tool Comos enthalten. Es 

sind sowohl statische (Behälter, Rohrleitungen), als 

auch dynamische Elemente (Pumpen, Ventile) zu finden. 

Jeder Rohrleitung ist ein Medium zugeordnet, welches 

darin enthalten ist. Den Ausgangspunkt in WinCC 

zeigt Bild 8. Die dort vorhandenen Elemente wurden 

durch die Funktion „Bausteinsymbole erzeugen“ von 

Simatic PCS 7 automatisch platziert. Das sind neben 

Ventilen und Motoren auch Faceplates von Ablaufsteuerungen 

(SFCs). 

Um die Machbarkeit des Ansatzes zu zeigen, wurden folgende 

Einschränkungen in Bezug auf den Testfall getroffen: 

Es werden nur Informationen eines R&I verarbeitet. 

Symbole werden nicht rotiert. 

Es wird mit einer festen Auflösung der Arbeitsfläche 

gearbeitet. Verletzungen von Richtlinien des guten 

Designs werden zunächst in Kauf genommen. 

Es werden keine Wirk- und Signallinien und 

Bildsprünge generiert. 

4.1 Ergebnis 

Die Anwendung der Werkzeugkette auf das Referenz- 

R&I war erfolgreich und ist in Bild 9 zu sehen. Die Verifikation 

an einem Beispiel hat gezeigt, dass alle Komponenten 

zusammenarbeiten und ein nachvollziehbares 

Ergebnis liefern. 

Beim Vergleich von R&I und erzeugtem HMI zeigt sich, 

dass die funktionalen Anforderungen aus der Zielstellung 

erfüllt wurden: 

36 


11 / 2011

PCS 7(WinCC) 

OS-G enerierung 

R&I 

& 

CFC 

CAE-Werkzeug 

Comos 

XML 

Connectoren 

HMI-Design-A ssistent 

Erzeugung des 

abstrakten HMI 

Modells 

Erzeugung des 

WinCC Control 

Files 

WinCC Execution Wizard 

Objektimport 

Objekt 

Mapping 

Objekt 

Erzeugung 

Veränderung 

von 

Eigenschaften 

aCAE 

aHMI 

WCF 

Strukturierte 

Hierarchie der 

Objekte 

Rollenspezifische 

Eigenschaften 

R&I-Objekte 

Name 

Position 

Verbindungen 

Chem. Medium 

Zeilenweise Befehle 

Zuordnung 

Position 

Eigenschaften 

BILD 7: 

Aufbau der autoHMI Realisierung mit 

dem Zielsystem Simatic WinCC 

BILD 8: 

Ergebnis der 

Simatic PCS 

7-Funktionalität 

„Bildbausteine 

erzeugen“ 

BILD 9: 

Bedienbild in 

Simatic WinCC 

nach Anwendung 

der Werkzeugkette 


11 / 2011 

37

Hauptbeitrag 

Die von PCS 7 bereits generierten Bedien- und Anzeigeelemente 

werden unter Beibehaltung der wesentlichen 

Layoutstruktur des R&Is platziert. 

Alle Objekte, die von PCS 7 noch nicht erzeugt wurden, 

werden aus einem Bibliotheksbild kopiert und 

anschließend auch platziert. 

Mithilfe der dynamischen Verbinder von WinCC 

werden die Verknüpfungen (Rohrleitungen) zwischen 

den verbunden Apparaten und Ventilen hergestellt. 

Entsprechend den in Comos hinterlegten 

Prozessmedieninformationen werden die Rohrleitungsfarben 

verändert. 

Alle Objekte, die nicht auf dem R&I in Comos platziert 

sind, aber durch PCS 7 erzeugt wurden, werden in die 

untere rechte Ecke des Bedienbilds verschoben. 

Fazit und Ausblick 

Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass die in einem 

R&I hinterlegten Informationen unter bestimmten Voraussetzungen 

direkt für die Gestaltung von Bedienbildern 

genutzt werden können. Dabei wurde deutlich, 

dass die derzeitigen Voraussetzungen und Beschränkungen 

für einen auf eine große Bandbreite von 

Nutzungskontexten generalisierbaren Ansatz noch zu 

restriktiv sind. Entsprechend des Gestaltungsprozesses 

der OS (Operator Station)-Ebene (Bild 9) lassen 

sich folgende Herausforderungen für die Nutzung von 

R&I-Informationen für die Generierung von Bedienbildern 

identifizieren: 

Automatische Generierung aller Detailbedienbilder 

einer Anlage 

Automatische Erstellung der Quer-Navigationsstruktur 

über mehrere Bedienbilder 

Erstellung der statischen und dynamischen 

Elemente von Bildern der Bedienbildhierarchie 

Berücksichtigung mehrerer Bedienbilder pro R&I 

Das aHMI-Modell und die Werkzeugkette zeigen deutliche 

Potenziale zur Reduzierung der manuellen Tätigkeiten 

bei der HMI-Erstellung in der Prozessindustrie. 

Weiterhin ermöglicht der MDSE-Ansatz eine Erzeugung 

Autoren 

Dipl.-Ing. Falk Doherr 

(geb.1981) ist wissenschaftlicher 

Mitarbeiter und Leiter der 

Arbeitsgruppe Funktions- und 

Informationsinte gration an der 

Professur für Prozessleittechnik 

an der Technischen Universität 

Dresden. Sein Hauptarbeitsgebiet 

ist das integrierte 

prozessleittechnische Engineering mit Fokus 

feldnaher Kommunikationssysteme. 

TU Dresden, Fak. Elektrotechnik und Informationstechnik, 

D-01062 Dresden, Tel. +49 (0) 351 46 33 21 62, 

E-Mail: falk.doherr@tu-dresden.de 

Dr.-Ing. Oliver Drumm 

(geb.1972) ist Projektleiter in der 

Vorfeldentwicklung des Sektors 

Industry in der Division Industry 

Automation der Siemens AG. 

Hauptarbeitsgebiete: Durchgängige 

Prozesse und Werkzeuge im 

Engineering für verfahrenstechnische 

Anlagen entlang des 

gesamten Lebenszyklus. 

Siemens AG, I IA IA&DT-ATS 3, 

Östliche Rheinbrückenstraße 50, D-76187 Karlsruhe, 

Tel. +49 (0) 721 595 45 98, 

E-Mail: oliver.drumm@siemens.com 

Siemens AG, I IA AS ST&P, 

Gleiwitzer Straße 555, D-90475 Nürnberg, 

Tel. +49 (0) 911 895 22 23, 

E-Mail: volker.franze@siemens.com 

Dipl.-Ing. Volker Franze (geb. 1982) ist 

Innovation Manager der Business Unit 

Industrial Automation Systems in der 

Division Industry Automation des Sektors 

Industry der Siemens AG. Eines seiner 

Hauptarbeitsgebiete ist dabei auch das 

Thema Digital Enterprise. 

Prof. Dr.-Ing. Leon Urbas (geb. 1965) ist Inhaber der 

Professur für Prozessleittechnik an der Technischen 

Universität Dresden. Seine Hauptarbeitsgebiete 

umfassen Engineering verteilter sicherheitskritischer 

Systeme, insbesondere Funktionsintegration, 

modellgetriebenes Engineering, Modularisierung, 

Informationsmodelle der Prozessindustrie, Prozessinformations- 

und Managementsysteme und Middleware 

in der Automatisierungstechnik. Gebrauchstauglichkeit 

von multimodalen und mobilen Nahtstellen in Automatisierungssystemen, 

Analyse, Gestaltung und Bewertung von Alarmierungs- und 

Unterstützungssystemen sowie Methoden der Benutzermodellierung zur 

prospektiven Gestaltung von Mensch-Technik-Interaktion. 

TU Dresden, Fak. Elektrotechnik und Informationstechnik, 

D-01062 Dresden, Tel. +49 (0) 351 46 33 96 14, 

E-Mail: leon.urbas@tu-dresden.de 

38 


11 / 2011

der Bedienbilder in früheren Planungsphasen ohne 

Mehraufwand. Das ist ein elementares Merkmal, durch 

das sich die Kenntnisse von erfahrenen Anlagenfahrern 

früh und einfach in den Gestaltungsprozess der Automatisierung 

einbeziehen lassen. 

In Zukunft sind weitere Arbeiten bezüglich der automatischen 

Platzierung der grafischen Objekte auf den 

Bedienbildern notwendig. Um eine zufriedenstellende 

Platzierung zu erzeugen, müssen Gestaltungsrichtlinien 

und Expertenwissen in einer differenzierteren Art und 

Weise formalisiert werden, als dies derzeit in der Werkzeugkette 

realisiert ist. 

Manuskripteingang 

29.08.2011 

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Referenzen 

[1] VDI/VDE 3699: Prozessführung mit Bildschirmen, 

2005-2008 

[2] L. Urbas und F. Doherr.: autoHMI: a model driven 

software engineering approach for HMIs in process 

industries. Proceedings IEEE CSAE 2011 

[3] D. Lippmann und L. Urbas.: Dynamisierung von 

Alarmsystemen. Tagungsband Automation 2009, 

S. 81-84. Düsseldorf: VDI-Verlag 

[4] M. Kirmas.: Implementierung von Typicals. 

atp 49(1) 2007, S. 18–19, 2007 

[5] A.Fountain, J. Huxtable, P. Ferguson und D. Heller.: 

Motif Programming Manual, 2001 

[6] A. Puerta:. A model-based interface development 

environment.Software, IEEE, 1997,14:40–47, 

[7] G. Mori, F. Patern`o, und C. Santoro.: Design and 

development of multi-device user interfaces t 

hrough multiple logical descriptions. IEEE Transactions 

Software Engineering Volume 30 Issue 8 

[8] G. Calvary, J. Coutaz, D. Thevenin, Q. Limbourg, 

L. Bouillon, und J. Vanderdonck.: A unifying reference 

framework for multi-target user interfaces. 

Interacting with Computers, 2003,15(3):289–308 

[9] Sendall, S., und Kozaczynski, W.: Model 

transformation:the heart and soul of model-driven 

software development. IEEE Transactions Software 

Engineering 20(5), S. 42–45 

[10] IEC 62424.: Representation of process control 

engineering request in P&I diagrams and data 

exchange between P&ID tools and PCE-CAE tools, 2008 

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Oldenbourg Industrieverlag 


atp edition erscheint in der Oldenbourg Industrieverlag GmbH, Rosenheimer Str. 145, 81671 München

hauptbeitrag 

Softwareagenten für 

das Testmanagement 

Fehler erkennen und Testfälle priorisieren mit Fuzzy-Logik 

Automatisierte Systeme unterliegen hohen Qualitätsanforderungen. Den entscheidenden 

Einfluss auf die Qualität hat dabei der Software-Systemtest. In diesem Beitrag wird ein 

Testmanagementsystem vorgestellt, das auf agentenbasierter Softwareentwicklung und 

Fuzzy-Logik basiert. Dieses System kann fehleranfällige Stellen identifizieren und die 

dazu passenden Testfälle so priorisieren, dass frühzeitig viele Fehler gefunden werden. 

Die Autoren zeigen eine Möglichkeit auf, die Testfallpriorisierung durchzuführen, bei der 

einerseits die Vielzahl an relevanten Eigenschaften und Abhängigkeiten berücksichtigt 

wird und andererseits unscharfes Wissen modelliert werden kann. Hierzu hat das Institut 

für Automatisierungs- und Softwaretechnik (IAS) das adaptive Testmanagementsystem 

(ATMS) entwickelt, das mithilfe von Softwareagenten relevante Informationen für das 

Testmanagement sammelt, verarbeitet und auf Grundlage von Fuzzy-Logik eine Reihenfolge 

zur Ausführung von Testfällen bestimmt. 

SCHLAGWÖRTER Softwareagenten / Fuzzy-Logik / Testmanagement / Testfallpriorisierung 

Software Agents for Test Management – 

Detection of Faults and Prioritization of Test Cases with Fuzzy Logic 

The quality requirements of automation systems are increasingly demanding. Effective 

and focused software system testing has a very important influence on quality. We introduce 

a test management system based on agent-based software development and fuzzy 

logic. The system is able to identify critical locations and to prioritize the appropriate test 

cases in order to detect as many faults as possible at an early stage. 

KEYWORDS Software agents / fuzzy logic / test management / test case prioritization 

40 


11 / 2011

Michael Nadj, Christoph Malz, Nasser Jazdi, Peter Göhner, Universität Stuttgart 

Ein Großteil der Funktionen von automatisierten 

Systemen wird von Mikroprozessoren, speicherprogrammierbaren 

Steuerungen oder Industrie- 

PCs übernommen und durch Software umgesetzt. 

Dadurch ist die Qualität der Software zum entscheidenden 

Faktor für den Erfolg von Produkten oder Unternehmen 

geworden [1]. Aus diesem Grund streben viele 

Unternehmen an, die Qualität ihrer Softwaresysteme zu 

verbessern. Ein Weg, um dies zu erreichen, ist das systematische 

Prüfen und Testen von Softwaresystemen [1]. Da 

es in einem Softwaresystem allerdings nicht möglich ist, 

den gesamten Code mit allen Abhängigkeiten und Aufrufmöglichkeiten 

zu testen, müssen Testfälle entsprechend 

ihrer Relevanz für das Softwaresystem priorisiert werden. 

Ein Testfall (TF) umfasst dabei die zu einem Test gehörenden 

Randbedingungen, Voraussetzungen zur Ausführung, 

Eingabewerte und erwarteten Ausgabewerte [1]. Die Priorisierung 

von Testfällen ist die Aufgabe des Testmanagements. 

Dabei geht es darum, so früh wie möglich einen 

möglichst großen Prozentsatz an Fehlern aufzudecken. 

1. Grundlagen der Testfallpriorisierung 

1.1 Testobjekt, Testeinheiten und Testfälle 

Der Artikel behandelt das Thema Testen aus der Sicht des 

Software-Systemtests, bei dem das vollständige zu testende 

System gegen funktionale und nichtfunktionale Anforderungen 

getestet wird. Die Durchführung von Tests bedeutet 

im Allgemeinen das Ausführen von definierten 

Testfällen [1]. Das zu testende System wird als Testobjekt 

bezeichnet. Ein Testobjekt kann sowohl Hard- als auch 

Software umfassen und wird in kleinere Bestandteile, Testeinheiten, 

zerlegt. Eine Testeinheit (TE) kann zum Beispiel 

eine bestimmte Funktion realisieren oder ein zusammenhängendes 

Modul bilden. Bild 1 zeigt eine Aufteilung eines 

Testobjekts in mehrere Testeinheiten am Beispiel eines 

automatisierten Systems. Es werden ausschließlich Softwareelemente 

betrachtet, da eine Auseinandersetzung mit 

der Hardware des Systems nicht Fokus dieses Beitrags ist. 

Das automatisierte System in Bild 1 verfügt über drei typische 

Software-Module: Die Benutzungsschnittstelle zur 

Kommunikation mit dem Benutzer, einen Regler, der Stellgrößen 

berechnet und die Datenerfassung, über die Sensorwerte 

erfasst werden. Die Module haben verschiedene Abhängigkeiten 

untereinander, beispielsweise Funktionsaufrufe, 

welche über die Verbindungslinien dargestellt sind. 

Jedes Modul wird als eine separate Testeinheit (TE) betrachtet, 

die über individuelle Eigenschaften verfügt. Den Testeinheiten 

sind unterschiedliche Testfälle (TF) zugeordnet, 

mit denen das zu testende System nach Fehlern durchsucht 

wird. Ein Testfall kann dabei eine oder mehrere Testeinheiten 

prüfen, wobei davon ausgegangen wird, dass die Zuordnung 

der Testfälle zu den Testeinheiten bekannt ist. Ebenso 

wie die Testeinheiten verfügen auch die Testfälle über spezifische 

Eigenschaften, auf die in den folgenden Abschnitten 

im Detail eingegangen wird. 

In der Praxis ist Zeit eine sehr kritische Ressource, die 

mit steigendem Projektfortschritt kontinuierlich abnimmt. 

So steht in späten Entwicklungsphasen, wie dem Testen, 

oft nicht genug Zeit zur Verfügung, um jeden einzelnen 

Testfall auszuführen. Eine der Herausforderungen beim 

Testmanagement ist es deshalb, die Testfälle geeignet zu 

priorisieren, um bereits mit wenigen Testfällen viele Fehler 

zu entdecken. Um dies zu gewährleisten, müssen für 

die Priorisierung eine Vielzahl an Informationen berücksichtigt 

werden, die in Kapitel 2 näher erläutert werden. 

Eine Möglichkeit, die große, zu berücksichtigende Anzahl 

an Eigenschaften und die daraus resultierende hohe 

Komplexität zu beherrschen, ist der Einsatz von Softwareagenten. 

Sie können autonom miteinander interagieren, 

um die Testfälle so zu priorisieren, dass bereits beim 

Durchführen von nur wenigen Testfällen möglichst viele 

Fehler gefunden werden. 

1.2 Agentenorientierte Softwareentwicklung 

Wenn von agentenorientierter Softwareentwicklung gesprochen 

wird, bedeutet das nicht etwa, dass man einen 

speziellen, normierten Agenten-Baustein bei der Pro- 


11 / 2011 

41

Hauptbeitrag 

grammierung verwendet, der eine nicht agentenorientiert 

entwickelte Applikation in eine agentenorientierte 

umwandelt. Vielmehr umfasst es eine bestimmte Denkund 

Herangehensweise bei der Entwicklung von Software, 

die das Softwaresystem mit gewissen Eigenschaften 

ausstattet. Die grundlegenden Eigenschaften eines 

Softwareagenten sind nach [3, 4, 5, 6]: Autonomie, Kapselung, 

Zielorientierung, Reaktivität, Proaktivität, Persistenz 

und Interaktion, wie in Bild 2 dargestellt. Eine 

detaillierte Abhandlung über die Grundlagen von Softwareagenten 

findet sich in [7, 8, 9]. 

Die genannten Eigenschaften bilden den Kerngedanken 

der agentenorientierten Softwareentwicklung und eröffnen 

vielfältige Möglichkeiten der Anwendung dieser Art der 

Softwareentwicklung. Mit der Fähigkeit zur Interaktion 

unterschiedlicher Softwareagenten miteinander sowie deren 

Autonomie, lassen sich Softwareagenten zum selbstständigen 

Verarbeiten vieler und auch voneinander abhän- 

Testobjekt: Automatisiertes System 

(Softwaresicht) 

TF A 

TE 1 

Datenerfassung 

Kapselung 

Benutzungsschnittstelle 

TE 2 

TF B 

Dynamische Informationen 

aus der Testausführung und 

Entwicklung 

TF C 

Autonomie 

TE 3 

Zielorientierung TF D 

Interaktion 

Regler 

Agent 

TE i = TF x = 

Testeinheit i Testfall Reaktivität, x 

Proaktivität 

BILD 1: Testeinheiten Persistenz und Testfälle 

Testeinheit- 

Informationen 

Testeinheit- 

Agent 

Informationenen über 

andere Testeinheiten 

Testwichtigkeit 

Kapselung 

Testeinheit- 

Agent 

Autonomie 

Zielorientierung 

BILD 4: Bestimmung der Testwichtigkeit 

Agent 

Interaktion 

Reaktivität, 

Proaktivität 

Persistenz 

BILD 2: Grundkonzepte der Agentenorientierung 

Faktor 

Mensch 

Testeinheit-Informationen bzgl. 

zugeordneter Testeinheit 

Testeinheit- 

Informationen 

Adaptives Testmanagementsystem 

(ATMS) 

Aufgabe: 

Priorisierung von Testfällen 

Agent 1 

Testfallpriorität 

Testeinheit- 

Informationen 

Testeinheit- 

Agent 

Lokale 

Priorität 

Informationenen über 

Testeinheiten 

Testfall- 

Informationen 

Agent 2 

Faktor 

Mensch 

Agent 3 

Testeinheit- 

Agent 

Testeinheit- 

Informationen 

Dynamische 


Informationen 

(ATMS) 

Aufgabe: 

Priorisierung von Testfällen 

BILD 3: Adaptives Testmanagementsystem 

Agent 1 

Testfallpriorität 

BILD 5: Bestimmung der lokalen Priorität 

Testfall- 

Informationen 

Agent 2 

Agent 3 

42 


11 / 2011 

Dynamische 

Informationen

giger Informationen einsetzen. Die Zielorientierung, Reaktivität 

und Proaktivität können ebenfalls sehr vorteilhaft 

im Bereich des Testmanagements zum Einsatz kommen, 

wodurch dem Testmanager aufwendige Arbeitsschritte 

vereinfacht oder ganz abgenommen werden und die Softwareagenten 

ihm zuarbeiten. Wie dies umgesetzt werden 

kann, wird am Beispiel des am IAS konzipierten adaptiven 

Testmanagementsystems (ATMS) näher beschrieben. 

2. Das adaptive Testmanagementsystem 

Die Aufgabe des ATMS ist es, den Testmanager, der unter 

anderem für die Testplanerstellung verantwortlich ist, zu 

unterstützen. Ein Testplan besteht dabei aus einer priorisierten 

Liste von festgelegten Testfällen. Um diese Testfälle 

so zu priorisieren, dass als erstes diejenigen Testfälle 

ausgeführt werden, die die höchste Wahrscheinlichkeit 

aufweisen, Fehler zu entdecken, müssen zahlreiche Parameter 

berücksichtigt werden. Dazu zählen die in Bild 3 

modellierten spezifischen Informationen über die jeweiligen 

Testeinheiten und Testfälle, sowie dynamische Informationen, 

die aus der Testausführung und dem Entwicklungsprozess 

gewonnen werden. Zusätzlich werden auch 

die Einflussfaktoren der Personen betrachtet, die im Testund 

Entwicklungsprozess involviert sind. Diese bilden den 

„Faktor Mensch“, der in bisherigen Testmanagementsystemen, 

trotz seiner Beteiligung in nahezu jedem Entwicklungsschritt, 

nicht ausreichend berücksichtigt wird. 

Um diese große Anzahl an Informationen auszuwerten 

und für die Testfall-Priorisierung zu verwenden, werden 

im ATMS Softwareagenten eingesetzt. Sie sammeln die 

Informationen, tauschen sich untereinander aus und bestimmen 

in mehreren Schritten die Prioritäten der Testfälle 

des Systems. Es existieren zwei Typen von Agenten: 

Testfall-Agenten und Testeinheit-Agenten. Jede Testeinheit 

und jeder Testfall wird dabei von einem entsprechenden 

Softwareagenten repräsentiert. 

2.1 Der Testeinheit-Agent 

Der Testeinheit-Agent sammelt alle Informationen, die 

dazu verwendet werden können, die Wichtigkeit des Testens 

der repräsentierten Testeinheit zu bestimmen. Dazu 

zählen alle Informationen, die es erlauben, eine Aussage 

darüber zu treffen, wie hoch die Wahrscheinlichkeit ist, 

dass sich in der Testeinheit Fehler befinden. Auf Grundlage 

dieser Informationen bestimmt jeder Testeinheit- 

Agent eine Testwichtigkeit (TW) für die vertretene Testeinheit, 

wie in Bild 4 dargestellt. 

Es lassen sich drei unterschiedliche Informationsquellen 

identifizieren: grundlegende Testeinheit-Informationen, 

dynamische Informationen aus der Testausführung 

und Entwicklung sowie Informationen von anderen Agenten. 

Zu den grundlegenden Testeinheit-Informationen zählen 

die eher statischen Informationen über die Testeinheit, 

die sich im Testverlauf nicht oder nur wenig ändern. Unter 

ihnen finden sich beispielsweise die Codekomplexität einer 

Testeinheit, die über die zyklomatische Komplexität 

oder McCabe-Metrik ausgedrückt werden kann [2]. Andere 

Parameter sind ihre Größe, die Anzahl an enthaltenen 

Funktionen oder auch die Menge ihrer Abhängigkeiten zu 

anderen Testeinheiten. Hinzu kommen Daten aus der Entwicklung 

der Testeinheit, die den Faktor Mensch mit einbeziehen. 

Dazu zählt zum Beispiel die Erfahrung des an 

der Entwicklung der Testeinheit beteiligten Entwicklers. 

Mit dynamischen Informationen aus der Testausführung 

und Entwicklung werden Informationen aus der Testausführung 

beschrieben, die aus den einzelnen Testzyklen gewonnen 

werden und sich somit häufig ändern. Hierzu zählen 

die Anzahl an in der Testeinheit gefundenen Fehlern 

oder die an ihr durchgeführten Änderungen. Im Falle einer 

Modifikation der Testeinheit wird hier wiederum der Faktor 

Mensch berücksichtigt, indem dessen Arbeitsbelastung sowie 

die Summe an Modifikationen, die er vorgenommen hat 

und wie viel Zeit dafür aufgewendet wurde, betrachtet wird. 

Hinzu kommen auch Informationen über den Testverlauf, 

wie die Testüberdeckung durch ausgeführte Testfälle. 

Die dritte Quelle an für die Testwichtigkeit relevanten 

Informationen sind andere Softwareagenten. Da die Testeinheiten 

in ihrer Gesamtheit ein einzelnes Testobjekt 

repräsentieren, existieren verschiedene Abhängigkeiten 

zwischen ihnen, wie beispielsweise der Aufruf von Funktionen 

einer Testeinheit durch eine andere Testeinheit. Die 

Softwareagenten wissen, welche Abhängigkeiten sie haben 

und kommunizieren relevante Informationen miteinander, 

wie beispielsweise Änderungen an einer Funktion, die von 

einer anderen Testeinheit aufgerufen wird. So kann die 

Bestimmung der Testwichtigkeit entsprechend angepasst 

werden, um auch Fehler zu berücksichtigen, die sich auf 

diese Weise fortpflanzen. 

2.2 Der Testfall-Agent 

Der einen Testfall repräsentierende Testfall-Agent sammelt 

alle Informationen, die Einfluss auf die Wichtigkeit 

der Ausführung des Testfalls haben. Dazu zählen grundlegende 

Informationen über den Testfall und spezifische 

Informationen über die Testeinheit, der er zugeordnet ist 

sowie Informationen über die eigentliche Zuordnung. 

Diese Parameter verwendet der Testfall-Agent, um eine 

lokale Priorität (LP) des Testfalls für die Testeinheit zu 

bestimmen, der er zugeordnet ist. Über die lokale Priorität 

eines Testfalls zu einer Testeinheit wird ausgedrückt, 

wie hoch die Wahrscheinlichkeit des Testfalls 

ist, bei seiner Ausführung in der zugeordneten Testeinheit 

Fehler aufzuspüren. Ein Testfall kann auch mehreren 

Testeinheiten zugeordnet sein. In diesem Fall bestimmt 

der Testfall-Agent für jede Testeinheit eine eigene 

lokale Priorität. Bild 5 zeigt die für die lokale Priorität 

relevanten Informationen. 

Eine Testfall-Information, die von einem Testfall- 

Agenten für die lokale Priorisierung verwendet wird, 

ist der Status des Testfalls, beispielsweise ob er bereits 

durchgeführt wurde oder nicht. Hinzu kommen die 

eventuelle Relevanz des Testfalls, um geforderten Normen 

zu genügen, sowie die Fehlerfindungsrate, die ausdrückt, 

wie viele Fehler der Testfall durchschnittlich 

in vergangenen Testläufen entdeckt hat. 

Zu den Testfall-Informationen bezüglich der dem Testfall 

zugeordneten Testeinheit gehören die Anzahl der vom Testfall 

überdeckten Funktionen sowie eine erhöhte Relevanz 


11 / 2011 

43

Hauptbeitrag 

bei der Abdeckung sicherheitskritischer Funktionen. Des 

Weiteren berücksichtigt der Testfall-Agent auch Informationen, 

die von den Testeinheit-Agenten kommuniziert werden, 

wie die an einer Testeinheit durchgeführten Änderungen 

und gefundenen Fehler, damit berücksichtigt werden 

kann, ob diese von dem Testfall überdeckt werden können. 

2.3 Priorisierung von Testfällen 

Um eine globale Aussage über die Priorität eines Testfalls 

treffen zu können, wird neben der lokalen Priorität 

und der Testwichtigkeit noch eine weitere Größe 

benötigt, die globale Priorität (GP). Mit ihr wird die 

Grundlage zur Testfallpriorisierung geschaffen, indem 

sie die Priorität eines Testfalls in Bezug auf das Gesamtsystem 

ausdrückt. Dies wird erreicht, indem für jeden 

Testfall dessen lokale Prioritäten mit den Testwichtigkeiten 

der zugehörigen Testeinheiten multipliziert werden 

und das Ergebnis durch die Summe aller Testwichtigkeiten 

geteilt wird (Formel 1). 

(1) 

Auf Grundlage der globalen Priorität kann dann die 

Reihenfolge der auszuführenden Testfälle für den Testplan 

bestimmt werden. Bild 6 stellt die Zusammenhänge 

der Testwichtigkeiten, lokalen Prioritäten und globalen 

Prioritäten dar. 

Der Ablauf der einzelnen Schritte zur Priorisierung der 

Testfälle sowie die zugehörigen Verantwortlichkeiten sind 

in Bild 7 illustriert. 

3. Wissensmodellierung der Softwareagenten 

Im vorangegangenen Abschnitt wurden die relevanten 

Informationen für die Testeinheiten und Testfälle erklärt, 

mit denen die entsprechenden Agenten eine Testwichtigkeit, 

lokale Priorität und die darauf basierende globale 

Priorität bestimmen. Für die Durchführung von Tests auf 

Code-Ebene gibt es zahlreiche Verfahren und Algorithmen, 

um eine geeignete Testfallpriorisierung durchzuführen, 

die in [10] und [11] beschrieben sind. Auf der 

Ebene des Systemtests ist dies allerdings ungleich schwieriger, 

aufgrund des wesentlich größeren und komplexeren 

Testobjekts sowie Anforderungen an die Testdurchführung, 

für die sich kein direkter Code-Bezug mehr herstellen 

lässt. Die Regeln zur Testplanerstellung beruhen zum 

großen Teil auf ungenauen und unscharfen Aussagen, die 

oft nur in verbaler Form vorliegen [12]. Bei der Berücksichtigung 

des Faktors Mensch stoßen die bekannten mathematischen 

Algorithmen ebenfalls schnell an Grenzen. 

Ein Lösungsansatz für diese Problematiken ist Fuzzy- 

Logik [13]. Sie stellt eine mathematisch präzise Methode 

zur Berechnung von Unschärfe dar. Durch die Anlehnung 

an das menschliche Schlussfolgern, die Regelbildung 

mithilfe von verbalen Formulierungen und das 

unscharfe Annähern an Lösungen kann die Fuzzy-Logik 

hier sehr gut eingesetzt werden [14]. Die Fuzzy-Logik 

zeichnet sich nicht nur dadurch aus, dass man mit ihr 

dem menschlichen Denken nachempfundenes, unscharfes 

Wissen abbilden kann, sondern die Wissensmodellierung 

darüber hinaus auch sehr einfach und transparent 

möglich ist. Die eigentliche Wissensbasis eines 

Fuzzy-Logik Systems wird von einem Fuzzy-Logik-Regelwerk 

gebildet. In ihm werden in linguistischer Form 

die Zusammenhänge zwischen Ein- und Ausgangsgrößen 

formuliert. Dies geschieht über „Wenn-Dann-Regeln“ 

[15]. Um diese Regelbildung zu ermöglichen, müssen die 

zu verarbeitenden Eingangsgrößen in Form von Fuzzy- 

Werten vorliegen. Numerische Werte werden anhand von 

Zugehörigkeitsfunktionen in Fuzzy-Werte überführt. 

Eine solche Zugehörigkeitsfunktion gibt die Zugehörigkeit 

eines numerischen Wertes zu einem linguistischen 

Term an, wie in Bild 8 beispielhaft dargestellt. 

Bild 8 zeigt drei Zugehörigkeitsfunktionen, über die die 

Anzahl an Änderungen in einer Testeinheit von einem numerischen 

Wert in einen Fuzzy-Wert überführt wird. Die 

Fuzzy-Werte werden dabei über die linguistischen Terme 

„wenige“, „mehrere“ und „viele“ beschrieben. Auf diesem 

Weg wird ein numerischer Wert, wie „Anzahl Änderungen 

= 6“, in eine verbale Aussage, wie „mehrere Änderungen 

innerhalb der Testeinheit“ umgewandelt. Diese Aussage 

kann dann einem resultierenden Wert, wie einer „hohen 

Testwichtigkeit“, über eine verbal formulierte Regel wie 

„WENN Anzahl Änderungen = mehrere DANN Testwichtigkeit 

= hoch“ verknüpft werden. Auf diese Weise kann 

auch weiteres unscharfes Expertenwissen, wie „Eine hohe 

Belastung der Entwickler führt zu einer relativ hohen Wahrscheinlichkeit 

für Fehler“ [2], modelliert werden. Fuzzy- 

Logik Systeme bieten eine gute Möglichkeit, solche unscharfen 

menschlichen Bewertungsmaßstäbe, Denkmuster 

und Schlussfolgerungsabläufe nachzubilden [17]. 

Das vorgestellte Agentensystem besteht aus zwei Agententypen: 

Dem Testeinheit-Agenten und dem Testfall- 

Agenten. Um aus den vorhandenen Informationen eine 

Testfallpriorisierung zu erhalten, die in wenigen Testläufen 

viele Fehler findet, werden von den Testeinheit-Agenten 

die Testwichtigkeiten und von Testfall-Agenten die 

lokalen Prioritäten berechnet. Daraus folgt die Notwendigkeit 

von zwei verschiedenen Fuzzy-Logik-Systemen, die 

in den beiden Softwareagententypen integriert sind. Der 

Testeinheit-Agent enthält ein Fuzzy-Logik-System zur Bestimmung 

der Testwichtigkeit. Es wandelt alle zur Ermittlung 

der Testwichtigkeit relevanten Information mithilfe 

von Zugehörigkeitsfunktionen in Fuzzy-Werte um und 

ermittelt über das implementierte Fuzzy-Logik-Regelwerk 

den resultierenden Ausgangswert – die Testwichtigkeit 

der vom Agenten repräsentierten Testeinheit. Ein exemplarisches 

Fuzzy-Logik-System zeigt Bild 9. 

Innerhalb des Testfall-Agenten arbeitet ein Fuzzy-Logik- 

System, das Informationen über den Testfall und die zugeordnete 

Testeinheit auswertet. Analog zum Testeinheit- 

Agenten werden hier wiederum die Informationen in 

Fuzzy-Werte umgewandelt und über das interne Regelwerk 

wird ein Ausgangswert bestimmt. Dieser Ausgangswert 

ist in diesem Fall die lokale Priorität des Testfalls in Bezug 

auf eine Testeinheit. Dabei berechnet das Fuzzy-Logik- 

System für jede zugeordnete Testeinheit des Testfalls eine 

44 


11 / 2011

1 

estimmung der 

lobalen Priorität 

LP C1 

Bestimmung der 

lokalen Priorität 

LP C1 

LP B3 

Durchführung 

der Testfälle 

BILD 7: Schritte zur Testfallpriorisierung 

LP B3 

LP B3 

Aufgabe des Testeinheit-Agenten 

Aufgabe des Testfall-Agenten 

Auf Grundlage der ATMS Ergebnisse 

GPB 

TF B 

GP D 

TF D 

GP x = 

Globale 

Priorität 

von Testfall x 


Zugehörigkeit 

wenige 

1,0 

0,75 

0,5 

0,25 

Aufgabe des Testfall-Agenten 

e 1 



e 1 

e 2 

e n 

Zugehörigkeit 

wenige 

1,0 

0,75 

0,5 

0,25 

Anzahl an Änderungen 

mehrere 

2 4 6 8 10 12 

Änderungen 

Anzahl an Änderungen 

mehrere 

viele 

viele 

2 4 6 8 10 12 

Änderungen 

BILD 8: Zugehörigkeitsfunktionen 

der Eingangsvariablen 

„Anzahl an Änderungen“ 

Regelbasis 

WENN ... 

DANN ... 

WENN ... 

DANN ... 

Aufgabe e 2 

des Testfall-Agenten 

WENN ... 


DANN ... 

Regelbasis 

Fuzzifizierung Inferenz Defuzzifizierung 

WENN ... 

DANN ... 

BILD 9: Fuzzy-Logik-System WENN ... zur 

Berechnung DANN der Testwichtigkeit 

... 

WENN ... 

DANN ... 



GPA 

TW 1 TW 2 

GPB 

TF A 

TE 1 

TE 2 

TF B 

LP A1 

LP B2 

GPA Benutzungsschnittstelle 

Datenerfassung 

TW 2 

TW 1 

GP C 

TW 3 

GP D 

TF A 

TE 1 

TE 2 

LP 

TF C 

A1 

LP 

TW 1 TW 2 

TE 3GPB 

TF D B2 

LP C3 Benutzungsschnittstelle 

TF B 

LP D3 Datenerfassung 

TE 1 

Regler 

GP TE C 2 

LP B2 

TW 3 

Benutzungsschnittstelle 

Testeinheit i erfassung Testfall x Testwichtigkeit LP C3 Lokale Priorität Globale LP D3 

TE i = TF x = TW i = 

LP xi = 

GP x = 

TF 

Daten- 

C 

TE 3 

TW 3 

GP D 

von Testeinheit i von Regler Testfall x zu Priorität 

Testeinheit i von Testfall x 

TE 3 TE i = TF x = TW TF i = D 

LP LP xi = 

C3 

LP D3 

Testeinheit i Testfall x Testwichtigkeit Lokale Priorität 

BILD Regler 6: Wichtigkeiten und Prioritäten 

von Testeinheit i von Testfall x zu 

x = TW i = 

LP 

Testeinheit i 

xi = 

GP x = 

stfall x Testwichtigkeit Lokale Priorität Globale 

Bestimmung der 


von Testeinheit i von Testfall x zu Priorität 

Testeinheit Bestimmung i der von Testfall Durchführung x 

globalen Priorität der Testfälle 

Bestimmung Bestimmung der der 

lokalen Priorität Testwichtigkeit 

Bestimmung der Durchführung 

globalen Priorität der Testfälle 

e n 

eigene lokale Priorität. Sowohl die Testeinheit-Agenten als 

auch die Testfall-Agenten tauschen für ihre Berechnungen 

relevante Informationen mit den anderen Agenten aus, 

unter anderem auch Ergebnisse wie die Testwichtigkeit, 

die mit den lokalen Prioritäten eines Testfalls zu dessen 

globaler Priorität verrechnet wird. 

4. Prototyp 

Zur Evaluierung des Ansatzes wurde ein Prototyp 

entwickelt. Der Prototyp des adaptiven Testmanagementsystems 

besteht aus einem nach den Grundlagen 

der agentenorientierten Softwareentwicklung realisierten 

Softwareagentensystem. Dieses Agentensystem 

wurde mithilfe von JADE [16], einem Framework 

zur Entwicklung von Softwareagenten erstellt. Das 

Wissen zur Testfallpriorisierung, mit der frühzeitig 

möglichst viele Fehler gefunden werden können, kapselt 

jeder Agent in sich selbst. Dieses Wissen ist in den 

Agenten in Form eines Fuzzy-Logik-Systems enthalten. 

Grundlage aller im System verwendeter Fuzzy- 

Logik ist die Open-Source-Bibliothek jFuzzyLogic. 

Fuzzifizierung Inferenz Defuzzifizierung 

Das Konzept des ATMS ist dahingehend ausgerichtet, 

dass es sich aus den Informationen bestehender Testmanagementdatenbanken 

bedient. Da zum Zeitpunkt 

der Erstellung des Prototyps noch keine Datenbankinfrastruktur 

zur Bereitstellung aller von den Softwareagenten 

benötigten Informationen vorhanden 

war, wurden verschiedene grafische Benutzungsoberflächen 

erstellt, über die den Agenten alle notwendigen 

Informationen übermittelt werden können und 

die gleichzeitig auch als Ausgabe und Visualisierung 

von Informationen der Softwareagenten dienen. In 

Bild 10 ist der Austausch von Informationen schematisch 

dargestellt. Dabei wurde der Informationsfluss 

in vier Stufen unterteilt. 

Die erste Stufe der Kommunikation zwischen dem 

Benutzer und den grafischen Benutzungsoberflächen 

dient sowohl zur Eingabe von Informationen für das 

System, als auch zur Visualisierung von Eigenschaften 

und Ergebnissen für den Benutzer. Auf der zweiten 

Stufe verarbeiten die Softwareagenten die übermittelten 

Daten und geben benutzerrelevante Informationen 

zurück. Die dritte Stufe wird von den Agenten zum 

Austausch verschiedener Eigenschaften oder berech- 


11 / 2011 

45

Hauptbeitrag 

neter Werte verwendet, die für die individuelle Aufgabenerfüllung 

notwendig sind. Die vierte Stufe der agenteninternen 

Kommunikation dient den Agenten zur 

Berechnung der lokalen Prioritäten und Testwichtigkeiten 

unter Verwendung der Fuzzy-Logik-Systeme. 

Eine detaillierte Darstellung der Systemarchitektur ist 

in Bild 11 gegeben. 

Zur Veranschaulichung der Funktionalität des ATMS 

wird in Bild 12 die grafische Benutzungsoberfläche eines 

Testeinheit-Agenten dargestellt. 

Jeder Testeinheit-Agent besitzt eine eigens ihm zugeordnete 

Benutzungsoberfläche. Über sie werden spezifische 

Informationen einer Testeinheit ausgegeben und 

auch Meldungen anderer Agenten visualisiert. Außerdem 

ermöglich sie die Eingabe von Daten, die relevant 

sind für die Bestimmung der Testwichtigkeit. Die Benutzungsoberfläche 

des Testfall-Agenten ist analog der des 

Testeinheit-Agenten aufgebaut und erfüllt die entsprechenden 

Aufgaben für die Testfälle, wie die Berechnung 

und Visualisierung der lokalen und globalen Priorität. 


3 

Benutzer 

GUIs 

1 2 

agent 

Softwareagent 

Softwareagent 

4 

BILD 10: 

ATMS Informationsfluss 

Benutzereingabe 

Benutzerausgabe 

Benutzer 

Benutzerein-/Ausgabe 

Benutzerein-/ 

Ausgabe 

1. Stufe 

Benutzer - GUI 

Startup- 

GUI 

Output- 

GUI 

Testfall- 

GUI 

Testeinheit- 

GUI 

Anzahl 

Testeinheiten 

und Testfälle 

Testfallreihenfolge 

Testfall 

Eigenschaften 

Testeinheit 

Eigenschaften 

GUI 

Informationen 

GUI 

Informationen 

2. Stufe 

GUI - Agenten 

Pionier- 

Agent 

Informationsaustausch 

Testeinheit- 

Agent 


Globale Priorität 

Testfall- 

Agent 


3. Stufe 

Agenten -Agenten 

Informationen zur 

Berechnung 

Lokale 

Priorität 

Informationen 

zur 

Berechnung 


4. Stufe 

Agentenintern 

BILD 11: 

Detaillierter 

Informationsfluss 

Fuzzy Logik 

Lokale 

Priorität 

Fuzzy Logik 


BILD 12: 

Grafische Benutzungsoberfläche 

eines 

Testeinheit-Agenten 

46 


11 / 2011

Eine Priorisierung von Testfällen, um deren Durchführungsreihenfolge 

zu bestimmen, läuft in dem Prototypen 

des ATMS wie folgt ab: Zunächst werden die Anzahl 

an Testeinheiten, in die das zu testende Testobjekt 

unterteilt ist, sowie die Anzahl der Testfälle, die für das 

Testobjekt relevant sind, angegeben. Daraufhin wird 

stellvertretend für jede Testeinheit und jeden Testfall ein 

entsprechender Softwareagent erzeugt. Diese Softwareagenten 

können über ihre jeweiligen Benutzungsoberflächen 

mit einer Vielzahl an priorisierungsrelevanten 

Informationen versorgt werden, die von den Agenten 

im Bedarfsfall untereinander kommuniziert werden. Die 

erhaltenen Daten führt jeder Agent einem Fuzzy-Logik- 

System zu, welches das Wissen enthält, um daraus eine 

Testwichtigkeit für die repräsentierte Testeinheit beziehungsweise 

die lokalen Prioritäten für den repräsentierten 

Testfall zu bestimmen. Die Ergebnisse tauschen die 

Agenten miteinander aus, um daraus für jeden Testfall 

eine globale Priorität zu bestimmen, die seine Wichtigkeit 

in Hinblick auf das gesamte Testobjekt ausdrückt. 

Somit ergibt sich die Reihenfolge zur Durchführung aller 

Testfälle, die dem Testmanager zurückgemeldet wird. 

5. Evaluierungsergebnisse 

Um die Vorteile des Konzepts und der Methodik gegenüber 

einer üblichen und manuellen Priorisierung der 

Testfälle zu demonstrieren, wurde ein konkretes Beispiel 

herangezogen. Hierbei wurde die Steuerung eines 

am IAS vorhandenen industriellen Kaffeeautomaten 

betrachtet. Sie besteht aus 29 Softwaremodulen (Testeinheiten) 

mit insgesamt 101 Funktionen. Für die Steuerung 

wurden 30 Testfälle definiert. In der ersten Version 

dieser Steuerungssoftware wurden 7 Fehler gefunden 

und 11 neue Änderungen durchgeführt. Die Priorisierung 

der Testfälle wurde zunächst durch das 

ATMS und anschließend durch 6 unabhängige Entwickler 

durchgeführt. Die jeweilige Priorisierung wurde 

anhand folgender Formeln bewertet: 

1 | Fehlerentdeckungsgrad (FEG), die Summe aufgedeckter 

gewichteter Fehler im Test dividiert 

durch die Summe aller gewichteter Fehler 

2 | Testeffektivität, die Summe aufgedeckter 

gewichteter Fehler im Test dividiert durch die 

Anzahl ausgeführter Testfälle 

Dabei ist die Summe aufgedeckter gewichteter Fehler 

die Summe aufgedeckter Fehler in jeder Fehlerschwerestufe 

multipliziert mit der Gewichtung der Fehlerschwerestufe. 

In die neue Version der Steuerungssoftware wurden 

4 Fehler mit der Gewichtung 1 (normale Fehler) und 4 

mit der Gewichtung 2 (schwere Fehler) injiziert. Das 

bedeutet, dass die Summe aller gewichtete Fehler 

gleich 12 war (4.1 +4.2). Pro Testfall wurde 1 Stunde 

Zeit angenommen und es stand eine Testzeit von 8 

Stunden zur Verfügung, das heißt es wurden die ersten 

8 am höchsten priorisierten Testfälle ausgeführt. Nach 

der Durchführung der Evaluierung wurden folgende 

Ergebnisse erzielt: 

Referenzen 

[1] Spillner, A., Linz, T.: Basiswissen Softwaretest, 

Aus- und Weiterbildung zum Certified Tester. 

Heidelberg: dpunkt.verlag, 2005 

[2] Spillner, A., Roßner T., Winter, M., Linz, T.: 

Praxiswissen Softwaretest, Testmanagement. 

Heidelberg: dpunkt.verlag, 2008 

[3] Jennings, N.R., Sycara, K, and Wooldridge, M.: 

A Roadmap of Agent Research and Development. 

Autonomous Agents and Multi-Agent Systems, 

1, 1998, S. 275-306 

[4] Jennings, N.R.: On agent-based software engineering. 

Artificial Intelligence 117, 2000, S. 227-296 

[5] Wooldridge, M., Jennings, N.R.: Agent Theories, 

Architectures, and Languages: A Survey. 

In Wooldridge and Jennings (Eds.) Intelligent Agents, 

Springer Verlag, Berlin, 1995 

[6] Wooldridge, M.: Agent-based Software Engineering. 

IEE Proceedings on Software Engineering 144 (1), 

1997, S. 26-37 

[7] Wagner, T., Göhner, P., Urbano, P.: Software - 

agenten – Einführung und Überblick über eine 

alternative Art der Softwareentwicklung. 

Teil I: Agentenorientierte Softwareentwicklung. 

Atp – Automatisierungstechnische Praxis 45 (2003), 

Heft 10 

[8] Wagner, T.: Agentenunterstütztes Engineering von 

Automatisierungsanlagen. IAS-Forschungsberichte, 

Band 1/2008 

[9] http://www.fipa.org/ - The Foundation for Intelligent 

Physical Agents, Stand: August 2010 

[10] G. Rothermel, M. J. Harrold: “Analyzing Regression 

Test Selection Techniques” IEEE Transactions on 

Software Engineering, vol. 22, no. 8, August 1996 

[11] T. L. Graves, M. J. Harrold, J.-M. Kim, A. Porter, 

G. Rothermel: “An Empirical Study of Regression 

Test Selection Techniques” IEEE Proceedings of 

the 1998 International Conference on Software 

Engineering, pp. 188-197, April 1998 

[12] Z. Xu, K. Gao, T. M. Khoshgoftaar: “Application of 

Fuzzy Expert System In Test Case Selection For 

System Regression Test“, IEEE International 

Conference on Information Reuse and Integration, 

pp. 120-125, August 2005 

[13] Zadeh, L.: “Fuzzy Sets” Information and Control 8, 

338-353, 1965 

[14] E. Avineri, M. Köppen, K. Dahal, Y. Sunitiyoso, 

R. Roy: “Applications of Soft Computing - Updating 

the State of the Art” 

Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, 2009 

[15] Göhner, P.: „Prozessautomatisierung II“ 

Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, 1999. 

[16] http://jade.tilab.com/ - Java Agent Development 

Framework, Stand: August 2010 

[17] Lippe, W.-M.: Soft-Computing – mit Neuronalen 

Netzen, Fuzzy-Logic und Evolutionären Algorithmen. 

Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2006 


11 / 2011 

47

Hauptbeitrag 

Die Evaluierungsergebnisse zeigen eine deutliche Aufwandreduzierung 

und Steigerung des Fehlerentdeckungsgrads 

und der Testeffektivität durch das ATMS 

gegenüber der herkömmlichen Methode. Mit steigender 

Anzahl der Module und der Testfälle wird diese Divergenz 

noch viel deutlicher. 

Fazit 

In diesem Beitrag werden die Probleme des Testmanagements 

mit dem Fokus auf der Priorisierung von 

Testfällen diskutiert. Dabei wird eine Lösung aufgezeigt, 

wie mit den Herausforderungen im Bereich des 

Testmanagements, der Informationsvielfalt, den 

schwer überschaubaren Abhängigkeiten und dem unscharfen 

Wissen umgegangen werden kann. Diese Lösung 

beschreibt den Einsatz von Softwareagenten, die 

über unscharf modelliertes Wissen in Form von Fuzzy- 

Logik verfügen. Es wird ein Konzept vorgestellt, in 

dem Testeinheiten und Testfälle durch Softwareagenten 

repräsentiert werden, die relevante Informationen 

Priorisierungsdauer 

Fehlerentdeckungsgrad 

Testeffektivität 

ATMS 

Mensch 

(Durchschnittswert) 

< 1 Sekunde 900 Sekunden 

0,83 0,33 

1,25 0,5 

für die Priorisierung der Testfälle zur Durchführung 

sammeln und miteinander austauschen. Dabei enthalten 

die Softwareagenten Fuzzy-Logik-Systeme, die es 

ihnen ermöglichen, mit unscharfem Wissen ihre 

Wichtigkeit und damit Priorität in Hinblick auf das zu 

testende Testobjekt derart zu bestimmen, dass eine 

möglichst frühzeitige Erkennung von möglichst vielen 

Fehlern erzielt wird. Dieses Konzept wurde anhand 

eines Prototyps evaluiert. Erste Ergebnisse von Industriepartnern 

zeigen bereits die vielfältigen Vorteile 

und Möglichkeiten beim Einsatz des ATMS. 


11.05.2011 


Autoren 

Dr.-Ing. Nasser Jazdi (geb. 1963) war 

von 1997 bis 2003 als wissenschaftlicher 

Mitarbeiter tätig und ist seit 2003 

akademischer Oberrat am Institut für 

Automatisierungs- und Softwaretechnik 

der Universität Stuttgart. Besondere 

Arbeitsschwerpunkte sind „Softcomputing 

Methoden-, Zuverlässigkeit und 

Sicherheit- und Lernfähigkeit in der 

Automatisierungstechnik“. 

Institut für Automatisierungs- und Softwaretechnik, 

Pfaffenwaldring 47, D-70550 Stuttgart, 

Tel. +49 (0) 711 68 56 73 03, 

E-Mail: nasser.jazdi@ias.uni-stuttgart.de 

Dipl.-Ing. Michael Nadj (geb. 1982) ist 

wissenschaftlicher Assistent am Institut für 

Automatisierungs- und Softwaretechnik der 

Universität Stuttgart. Er betreut die Vorlesung 

Automatisierungstechnik I und setzt sich in 

seinem Forschungsschwerpunkt mit der 

Lernfähigkeit von automatisierten Systemen 

auseinander. 



Tel. +49 (0) 711 68 56 73 01, 

E-Mail: ias@ias.uni-stuttgart.de 

Dipl.-Ing. Christoph Malz, M. Sc., 

(geb. 1980) ist wissenschaftlicher 

Assistent am Institut für Automatisierungs- 

und Softwaretechnik der 

Universität Stuttgart. Er betreut die 

Vorlesung Grundlagen der Softwaretechnik 

und setzt sich in seinem 

Forschungsschwerpunkt mit dem 

agentenbasierten Testmanagement 

auseinander. 



Tel. +49 (0) 711 68 56 72 95, 

E-Mail: christoph.malz@ias.uni-stuttgart.de 

Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. Peter Göhner 

(geb. 1950) ist Leiter des Instituts für Automatisierungs- 

und Softwaretechnik (IAS) an 

der Universität Stuttgart. Seine Hauptarbeitsgebiete 

sind Wiederverwendungskonzepte in der 

Automatisierungstechnik, Verlässlichkeit von 

automatisierten Systemen, Energieoptimierung 

in technischen Systemen, Agentenorientierte 

Konzepte in der Automatisierungstechnik und 

Benutzerorientierte Automatisierung. 


Pfaffenwaldring 47, 70550 Stuttgart, 

Tel. +49 (0) 711 68 56 73 00, 

E-Mail: peter.goehner@ias.uni-stuttgart.de 

48 


11 / 2011


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hauptbeitrag 

Kompatibilität: der zentrale 

Schlüssel für Nachhaltigkeit 

Life-Cycle-Excellence durch proaktives Handeln 

In der Automation laufen die Lebenszyklen (Life Cycle) von Komponenten, Geräten und 

Systemen gegenüber der Lebenszeit der Gesamtanlage zunehmend auseinander. Die hohe 

Innovationsrate bei Hard- und Software und die steigende Funktionalität der Komponenten 

verkürzen den Life-Cycle der Automatisierungsprodukte stetig. Der Beitrag fasst die 

unterschiedlichen Dimensionen in einem Gesamtmodell zur Life-Cycle-Excellence zusammen, 

in dem die Kompatibilität zentrale Bedeutung hat. Proaktives Handeln in Kooperation 

zwischen allen Partnern ist der Schlüssel für nachhaltige Lösungen. 

SCHLAGWÖRTER Life-Cycle-Management / Life-Cycle-Modell / Kompatibilität 

Compatibility and Life-Cycle Excellence in Automation 

There is an increasing divergence between the life-cycles of components, devices and 

systems involved in automation and the lifetime of the plant as a whole. The high rate 

of innovation in hardware and software and the increasing functionality of components 

is continuously shortening the life-cycle of automation products. We correlate the various 

dimensions in a comprehensive model of life-cycle excellence, paying particular 

attention to compatibility. Proactive cooperation between all partners is the key to 

sustainable solutions. 

KEYWORDS Life-Cycle Management / Life-Cycle Model / Compatibility 

50 


11 / 2011

Reinhard Schrieber, Siemens Energy 

Martin Wollschlaeger, TU Dresden 

Mathias Mühlhause, Otto-von-Guericke-Universität, Magdeburg 

Jörg Niemann, ABB Automation 

Eine wesentliche Herausforderung für das Management 

einer Anlage ist die Sicherstellung des Betriebs 

aller Anlagenteile unter Einhaltung funktionaler 

und wirtschaftlicher Anforderungen über 

deren komplette Nutzzeit. Dabei ist für die Leittechnik 

der Anlage ein zunehmendes Auseinanderdriften der 

Lebenszyklen (Life-Cycle) der Systeme sowie deren Komponenten 

in Bezug auf die Lebenszeit der Gesamtanlage zu 

beobachten. So differieren die branchenspezifischen Anlagennutzzeiten 

etwa von 7–8 Jahren für Produktionsstrecken 

im Automobilbereich aufsteigend über typischerweise 15–25 

Jahren für verfahrenstechnische Anlagen bis hin zu 50 Jahren 

für Kraftwerke und Transportsysteme. Demgegenüber 

stehen die ohnehin zu großen Teilen geringeren Life-Cycle 

der eingesetzten Automatisierungsprodukte, die durch steigende 

Funktionalität, hohe Innovationsraten verwendeter 

Hardware und Software weiter verkürzt werden (Bild 1). 

Dieses Spannungsfeld verdeutlicht, dass die Aufrechterhaltung 

des Anlagenbetriebs – das Life-Cycle-Management 

– auch in der Automation zunehmendes Gewicht bekommt, 

nicht zuletzt dadurch, dass nicht nur der Betreiber einer 

Anlage selbst, sondern auch Systemintegratoren und Hersteller 

mit ihren Lieferketten an diesem Prozess beteiligt 

sind. Globale, rechtliche und technische Einflüsse, Anforderungen 

der Nutzer an höhere Wirtschaftlichkeit, Funktionalität, 

Zuverlässigkeit und Effizienz sowie der Einfluss der 

IT-Technologien in der Automatisierung wirken hier wechselseitig 

und lassen den Umfang dieses Themas erahnen. 

Der Lösungsansatz zur Beherrschung des Life-Cycles von 

Anlagen liegt gemäß [1] in einem proaktiven Life-Cycle- 

Management, das eine bereits in der Planungsphase beginnende 

aktive Gestaltung der Lebenszeit einer Anlage sowie 

der eingesetzten Komponenten über die Maßnahmen zur 

Qualitätssicherung [2] sowie des Obsoleszenzmanagements 

[3] hinaus vorsieht. Dies schließt neben den vielfältigen Anforderungen 

an Funktionalität, Sicherheit oder Regularien 

explizit auch Kriterien des wirtschaftlichen Betriebs im 

Sinne des Life-Cycle-Costings [4] mit ein. Durch die frühzeitige 

und kontinuierliche Betrachtung von vorhersehbaren 

Einflüssen auf die Anlage wie zum Beispiel Technologiewechsel 

oder sich ändernde Regularien können funktional 

und wirtschaftlich sinnvolle Strategien zur Absicherung 

des Betriebs geplant und durchgeführt werden. 

Proaktives Life-Cycle-Management bedeutet weiterhin, 

eine Anlage während der Nutzzeit nachhaltig zu optimieren. 

Maßnahmen zur Sicherstellung der Nachhaltigkeit 

des Life-Cycle-Managements können nur durch die intensive 

Zusammenarbeit der Anwender mit den Herstellern 

definiert werden. Dabei ist insbesondere die Analyse folgender 

Faktoren erforderlich: 

die Lebenszeit der Anlage sowie der mit ihr 

gefertigten Produkte, 

die Lebenszeit beziehungsweise Zuverlässigkeit 

der Systemkomponenten (zum Beispiel auf Grundlage 

ihrer Ausfallwahrscheinlichkeiten), 

die Auswahl von Lieferanten nach Life-Cyclerelevanten 

Kriterien wie wirtschaftliche Robustheit, 

Leistungsfähigkeit, aber auch Unterstützung der 

Anforderungen aus dem Life-Cycle der Anlage, 

die Lieferbedingungen für Erzeugnisse und 

Leistungen, inklusive denen für Software [5]. 

Grundlage des Life-Cycle-Managements ist ein gemeinsames 

Verständnis wesentlicher Begriffe, Modelle und deren 

Anwendung in entsprechenden Strategien. Diese werden im 

Beitrag aufgezeigt. Der Artikel erweitert die Ergebnisse des 

Leitfadens „Life-Cycle-Management für Produkte und Systeme 

der Automation“ [6], der vom ZVEI-Arbeitskreis Systemaspekte 

im Fachverband Automation erstellt wurde. Der 

Leitfaden enthält unter anderem ein umfangreiches Glossar, 

auf das im vorliegenden Artikel Bezug genommen wird. 

1. Modelle des Life-Cycle-Managements 

1.1 Life-Cycle-Modell für Produkttypen 

und Produktinstanzen 

Die Erarbeitung des Leitfadens [6] hat gezeigt, dass sich 

typische Einflussgrößen wie zum Beispiel die Nutzzeit 

auf den Life-Cycle von Produkten und Systemen aus- 


11 / 2011 

51

Hauptbeitrag 

wirken. Diese Einflussgrößen umfassen Life-Cycle-bezogene, 

branchenspezifische, technische, regulatorische 

und gesellschaftliche Herausforderungen. Ein 

Life-Cycle-Modell muss dies berücksichtigen. Eine 

grundlegende Definition stellt dabei die Unterscheidung 

zwischen Produkttypen und Produktinstanzen 

dar (Bild 2). 

Ein Typ ist gekennzeichnet durch eine eindeutige 

Produkt-ID (beispielsweise die Bestellnummer), einen 

Satz von Entwicklungsdokumenten, Fertigungs- und 

Prüfbeschreibungen und eine technischen Dokumentation. 

Für die Zulassung eines Typs für Anwendungen 

können Zertifikate gefordert und ausgestellt werden. 

Diese Definition ist gültig für Hardwareprodukte, Softwareprodukte 

und Produkte als Bundle aus Hardware 

und Software. Alle Tätigkeiten, die im Rahmen der Entwicklung, 

Pflege und Betreuung eines Produktes geleistet 

werden – unabhängig davon, wie oft es gefertigt wird 

– beziehen sich auf den Produkttyp. Zur Verwaltung 

von Änderungen am Typ, ausgeprägt als Versionen und 

Ausgabestände, ist ein Konfigurationsmanagement erforderlich. 

Sämtliche Programme und Werkzeuge für 

Entwicklung, Test, Fertigung und Service unterliegen 

ebenfalls einem Entwicklungs- und Pflegeprozess, alle 

Informationen sind mindestens bis zum Ende des Service 

vorzuhalten. 

Der typische Life-Cycle eines Produktes (Typ) lässt 

sich in verschiedene Lebensphasen gliedern, siehe Bild 

2. Die Summe der Lebensphasen eines Typs wird auch 

als Life-Cycle des Produkts (Product-Life-Cycle) bezeichnet. 

Der Begriff Zyklus soll ausdrücken, dass es 

sich um einen wiederkehrenden Ablauf im Sinne der 

Produktevolution handelt. Dadurch entstehen neue Versionen 

des Produktes. Diese Versionen sind in Bezug 

auf die Kompatibilität von hoher Relevanz und erfordern 

herstellerübergreifende Konventionen für das Versionsmanagement, 

zum Beispiel nach Namur-Empfehlung 

NE53 [7]. 

Jede gefertigte Einheit eines Typs bildet eine Instanz 

dieses Typs. Die Instanz ist immer ein individuelles Exemplar 

und ist durch eine eindeutige Kennung (zum 

Beispiel Seriennummer) identifizierbar. Alle Tätigkeiten, 

die mit der Fertigung und dem Service während des Einsatzes 

des Produktes in einer Anlage geleistet werden, 

beziehen sich auf die Produktinstanz. 

Wie in Bild 2 dargestellt besitzt jede Instanz eines Produktes 

eine Lebenszeit (Product-Life-Time), die vom 

Zeitpunkt ihrer Erzeugung (Meilenstein a) bis zur Entsorgung 

(Meilenstein f) reicht. Sie kann deutlich über 

das Ende des Life-Cycle des Produkttyps (Abkündigung, 

Meilenstein 6) hinaus gehen. Der wesentliche Abschnitt 

der Lebenszeit ist die Nutzzeit, die bei Meilenstein c beginnt 

und mit der Außerbetriebsetzung (Meilenstein e) 

endet. Nach Außerbetriebsetzung werden insbesondere 

kostenintensive Produktinstanzen zunehmend aufbereitet 

und wiederverwendet. Die Gewährleistungszeit beginnt 

mit dem Gefahrübergang an den Kunden (Meilenstein 

b) – zum Beispiel dem Erwerb eines Produktes oder 

der Übergabe einer Anlage an den Kunden nach Abnahme 

– und endet gemäß gesetzlicher Regelungen oder 

Kundenverträgen (Meilenstein d). 

Mit der Abkündigung des Produktes als Typ (Meilenstein 

6) enden alle vom Hersteller standardmäßig vorgehaltenen 

produktbezogenen Lieferungen und Leistun- 

BILD 1: Lebenzyklen von Anlagen und ihren Komponenten 

BILD 2: Generisches Life-Cycle-Modell 

von Produkttypen und ‐instanzen 

52 


11 / 2011

gen. Nach diesem Zeitpunkt greifen Maßnahmen, die 

durch den Einsatz kompatibler Nachfolgeprodukte oder 

Migration die Aufrechterhaltung der Funktion absichern. 

In Ausnahmefällen kann ein Support durch Sondervereinbarungen 

erbracht werden. 

1.2 Integrationsmodell 

Ein System ist eine abgegrenzte, geordnete Gesamtheit 

von Komponenten, die zur Erfüllung einer Funktion aufeinander 

einwirken oder miteinander in Beziehung stehen 

(Bild 3). 

Ein wesentliche Aufgabe im Rahmen des Integrationsprozesses 

von Systemen der Automation ist die Integration 

von Komponenten Dritter. Zur Veranschaulichung 

dient das Beispiel in Bild 3. Es zeigt eine hierarchische 

Struktur mit wachsender Systemfunktion, wobei auf jeder 

Ebene Komponenten zu Systemen integriert sind. Der 

Betrachtungsraum der Automation definiert Grenzen für 

die Begriffe Komponente und System. Die untere Betrachtungsgrenze 

stellt Bauteile dar, als obere Betrachtungsgrenze 

werden die leittechnischen Einrichtungen 

einer Anlage festgelegt. 

Jedes System, unabhängig von der Ebene, besitzt einen 

eigenen Life-Cycle, der vom individuellen Life-Cycle der 

integrierten Komponenten abhängt. Es ist eine große Herausforderung 

für den Hersteller eines Systems, die Abhängigkeiten 

vom individuellen Life-Cycle der Komponenten 

durch kontinuierliche evolutionäre Weiterentwicklung 

so zu gestalten, dass die Kompatibilitätsanforderungen 

an das System erfüllt bleiben. 

1.3 Kompatibilitätsmodell 

Unverzichtbare Voraussetzung für Life-Cycle-Management 

ist ein klares Verständnis des Begriffs Kompatibilität. 

In der Automation wird unter Kompatibilität die 

Austauschbarkeit, Vereinbarkeit oder Gleichwertigkeit 

von technischen Eigenschaften verstanden. Die systematische 

Erfassung der Kompatibilitätsanforderungen an 

Komponenten sollte unter drei Sichten erfolgen. Diese 

sind die Sichten auf die Kompatibilität zwischen der 

Komponente und dem Prozess, zwischen der Komponente 

und dem Menschen sowie zwischen der Komponente 

und dem System. 

Die Eigenschaften einer Komponente können verschiedenen 

Dimensionen zugeordnet werden [8], deren spezifische 

Ausprägungen Abhängigkeiten untereinander 

aufweisen. Diese Dimensionen stellen dar: 

die automatisierungstechnischen Funktionen 

(zum Beispiel Messen, Stellen, Alarmieren), 

Geräte, die diese Funktionen realisieren 

(wie Feldgeräte, Steuerungen), 

Orte, an denen die Geräte eingesetzt werden 

(beispielsweise Leitwarte, Feld). 

Der Kompatibilitätsgrad (Grad der Austauschbarkeit, 

Vereinbarkeit oder Gleichwertigkeit) definiert die Erfüllung 

der Anforderungen, die für ein spezifisches 

Kompatibilitätsprofil relevant sind. In der Praxis haben 

sich vorwiegend qualitative Betrachtungen etabliert, 

für die in [6] Kompatibilitätsprofile definiert 

werden. Typische Kompatibilitätsprofile sind beispielsweise 

vollkompatibel, funktionskompatibel oder 

anschlusskompatibel (Tabelle 1). 

Mithilfe einer Analyse relevanter Anforderungen an 

eine auszutauschende Komponente eines Systems und 

der Zuordnung eines Soll-Kompatibilitätsprofils kann 

nach objektiven Kriterien verglichen werden, welche 

Ersatzkomponente sich für einen gegebenen Anwendungsfall 

unter Berücksichtigung der System-Performance 

nach technischen Gesichtspunkten am besten 

eignet. Diese Anforderungen müssen mit ihren Einzelkriterien 

messbar beziehungsweise prüfbar spezifiziert 

werden. Die Sollwerte für die Kriterien ergeben das Soll- 

Profil (Bild 4). Dem gegenüber steht das Ist-Profil, das 

durch die Eigenschaften einer Ersatzkomponente definiert 

wird. Ein typischer Anwendungsfall – der Austausch 

eines defekten Gerätes – ist in [9] beschrieben. 

2. Strategien zum Life-Cycle-Management 

Bild 3: Hierarchische Systemstruktur 

Die Hersteller und Anwender von Automatisierungsprodukten 

haben Methoden und Strategien entwickelt, 

um innerhalb einer Systemgeneration sowohl Produkttypen 

als auch die jeweils gelieferten Produkte (Instanzen) 

über den geplanten Life-Cycle des Produkts 

(Typ) betreuen zu können, um ihre Nutzbarkeit aufrecht 

zu erhalten. 

Für die Aufrechterhaltung der Nutzbarkeit von Instanzen 

existieren eingeführte Methoden der Instand- 


11 / 2011 

53

Hauptbeitrag 

TABELLE 1: 

Definition von Kompatibilitätsgraden 

mittels Kompatibilitätsanforderungen 

Vollkompatibel 

Funktionskompatibel 

Kompatibilitätsgrad 

Softwarekompatibel 

Signalkompatibel 

Datenkompatibel 

Ein-/Aufbautechnikkompatibel 

Typische Kategorien von Anforderungen 

Ergebnisse der Verarbeitungsfunktionen X X X 

Funktionale Schnittstellen X X X X X 

Präsentation X X X 

Handhabung (funktional) X X X 

Engineering X X X 

Informationsmanagement X X X X 

Kommunikationsdienste X X X X 

Redundanzmechanismen X X X 

Aufbau- und Anschlusstechnik X X X 

Stromversorgung X X X 

Handhabung (z.B. phys. Geräteaustausch) X X 

Physikalische Schnittstellen X X X 

Leistungsdaten X X X 

Zertifikate X X X X 

funktionsbezogen 

gerätetechnisch 

ortsbezogen 

Elektrische Umgebungsbedingungen X X 

Klimatische Umgebungsbedingungen X X 

Mechanische Umgebungsbedingungen X X 

Schutzart X X 

Explosionsschutz X X X 

Anschlusskompatibel 

Ist-Profil Soll-Profil 

ANFORDERUNGEN 

funktional 

- Bedienen/Beobachten 

Untererfüllung 

- Aktualisierungsrate Präsentation 1s 100ms 

- Engineering 

- Kommunikationsdienste 

- PROFIBUS MS0 MS1 MS2 MS3 

Übererfüllung 

*** 

gerätetechnisch 

- Anschlusstechnik 

- Energiebedarf 60W 40W 20W 10W 

- Zertifikate 

*** 

ortsbezogen 

- Klimatische Umgebungsbed. 

Erfüllung 

- Schutzart IP20 IP54 IP67 

*** 

BILD 4: Vergleich eines Soll-Profils einer 

auszutauschenden Komponente mit Ist-Profilen 

möglicher Ersatzkomponenten 

haltung, für die von Produkttypen werden spezifische 

Strategien wie Resteindeckung, Substitution, Re-Design 

und Migration – vielfach auch in Kombination – angewandt. 

Die Aufwendungen zur Umsetzung der Strategien 

sind bei Anwender und Hersteller unterschiedlich. 

Um eine Auswahl geeigneter Strategien vornehmen zu 

können, müssen unter anderem Kriterien wie Kompatibilität, 

Zeitbedarf für die Umsetzung (Reaktionszeit), 

Nachhaltigkeit, Aufwand und Innovationspotenzial 

betrachtet und bewertet werden. Eine detaillierte Beschreibung 

und Bewertung der oben erwähnten Strategien 

mit ihren Merkmalen ist in [6] enthalten. Bild 5 

zeigt eine typische Bewertung dieser Strategien. Wegen 

individueller Gegebenheiten ist die Bewertung aufgabenspezifisch 

durchzuführen. 

Beispielhaft soll die Strategie Re-Design betrachtet 

werden. Re-Design ist die Entwicklung einer Variante 

eines Produkttyps, die die Spezifikation und damit das 

Kompatibilitätsprofil des Vorgängertyps erfüllt oder 

übererfüllt. Dies schließt die Aktivitäten zur Aufrechterhaltung 

der geforderten Qualifizierung und Zertifizierung 

ein. Eine typische Ursache für ein Re-Design 

ist die Abkündigung einer Komponente, wenn gleichzeitig 

die Strategien Resteindeckung (identische Komponente) 

und Substitution (vollkompatible Ersatzkomponente) 

keine geeigneten Lösungen darstellen, weil 

beispielsweise Kompatibilitätseinschränkungen des 

Nachfolgeproduktes existieren. 

In Bild 6 wird Komponente 2 durch die neue Komponente 

2’ ersetzt. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, 

eine neue Version für das System zu entwickeln 

(Version x+1), wobei die Kompatibilitätsanforderungen 

zu beachten sind. Hierdurch kann sich eine Verlängerung 

des Life-Cycle des Systems durch Verschiebung 

von Fertigungsende (Meilenstein 4) und Abkündigung 

(Meilenstein 6) ergeben. Dabei ist zu beachten, 

dass auch andere Komponenten (in Bild 6 Komponente 

1) mit ihrem spezifischen Life-Cycle zur begrenzenden 

Komponente für den Life-Cycle des Systems werden 

können. 

Für das gewählte Beispiel ergibt sich analog zu Bild 5 

folgende Bewertung: 

Kompatibilität: Einschränkungen sind zu erwarten 

Reaktionszeit: länger als Substitution, in der Regel 

kürzer als Migration 

(abhängig vom Integrationsaufwand) 

Nachhaltigkeit: besser als Substitution, wird durch 

Life-Cycle der neuen Systemversion bestimmt 

Aufwand: Kosten für Entwicklung, Test, Qualifizierung 

und so weiter sowie Systemintegration, 

Vermeidung der Resteindeckungskosten 

Innovationspotenzial: vorhanden, neue Version kann 

neue Funktionen beinhalten 

Allgemein lässt sich feststellen, dass mit höheren Kompatibilitätsanforderungen 

die Einsatzmöglichkeit von 

Substitution (vollkompatibler Ersatz) eingeschränkt wird, 

sodass ein in der Regel aufwendigeres Re-Design erforderlich 

wird. 

54 


11 / 2011

Bewertungskriterien 

Strategien 

Kompatibilität 

Reaktionsfähigkeit 

Nachhaltigkeit 

Aufwand 

Innovationspotential 

Resteindeckung +++ +++ + + + 

Substitution +++ ++ ++ ++ + 

Re-Design ++ + ++ ++ ++ 

Migration + + +++ +++ +++ 

BILD 5: Bewertung von Strategien 

zum Life-Cycle-Management 

BILD 6: Re-Design eines Systems bei 

Fertigungsende einer Komponente 

3. Anwendung der Strategien und der Modelle 

Life-Cycle-Modell, Integrationsmodell und Kompatibilitätsmodell 

bilden die Grundmodelle für ein koordiniertes 

Vorgehen aller Beteiligten aus verschiedenen Fachdisziplinen, 

die im Rahmen von Planung, Errichtung, 

Betrieb und Rückbau einer Anlage das Life-Cycle-Management 

gemeinsam betreiben. 

Die branchenspezifischen Anforderungen an das 

Life-Cycle-Management wurden in [6] analysiert. Dabei 

haben sich branchenübergreifend hohe Anforderungen 

an die Kompatibilität als das führende Kriterium herauskristallisiert. 

Bild 7 stellt beispielhaft eine Anlage mit einer Nutzzeit 

von 30 Jahren dar, bei der in der Mitte dieses Zeitbereichs 

durch Migration eine Umstellung auf ein neues 

System zur Nutzung technologischer Fortschritte 

durchgeführt wird. In jeder der Phasen 1 und 2 sind 

die Life-Cycle der Komponenten des Systems zu beherrschen. 

Innerhalb einer Phase treten für einzelne 

Komponenten Typwechsel auf. Die Häufigkeit dieser 

Typwechsel kann sehr unterschiedlich sein und ist 

durch die Länge der Life-Cycle der Komponenten bestimmt. 

So ist bei PCs ein Typwechsel nach etwa zwei 

bis drei Jahren zu erwarten, während bei IO-Baugruppen 

die Phase der Vermarktung (Bild 2) selten unter 10 

Jahren liegt. Insbesondere bei components-off-the-shelf 

(COTS) sind häufigere Typwechsel zu erwarten, da diese 

Komponenten meist für schnelllebigere Märkte ohne 

signifikante Einflussmöglichkeit der Automation entwickelt 

und produziert werden. Bei Komponenten hingegen, 

die spezifisch für die Domäne der Automation 

entwickelt werden, kann der Typwechsel durch den 

Hersteller gezielt beeinflusst werden. 

Typischerweise wird zunächst bei Herstellern und 

Anwendern die Strategie Resteindeckung angewandt. 

Sie ist durch die Verfügbarkeit eines Produkttyps am 

Markt und technischer beziehungsweise wirtschaftlicher 

Aufwendungen beschränkt anwendbar, ein entsprechender 

Ersatz wird somit notwendig. Bei einem solchen 

Typwechsel sind Ersatztypen zu identifizieren. Die technische 

Bewertung erfolgt durch Anwendung des Kompatibilitätsprofils. 

Jeder Ersatztyp bedingt die Anwendung 

einer der Strategien Substitution oder Re-Design. 

Die Entscheidung für den optimalen Ersatztyp kann nur 

durch eine ganzheitliche Betrachtung der im Bild 5 dargestellten 

Kriterien sowie unter Berücksichtigung von 

strategischen Gesichtspunkten getroffen werden. Der 

Zeitbereich bis zur Lieferfreigabe des durch Substitution 

oder Re-Design erzeugten Ersatztyps muss gegebenenfalls 

durch Resteindeckung überbrückt werden. 

Der zunehmende Aufwand zur Pflege einer alternden 

Systemtechnik und das Interesse an der Erschließung 

der Potenziale einer neuen Systemgeneration führen zur 

Anwendung der Strategie Migration. Dabei wird zumeist 

schrittweise vorgegangen, beginnend mit Systemen zur 

Prozessführung und endend in der Feldebene. 

Eine systematische Kompatibilitätsbetrachtung bildet 

den Kern für das Life-Cycle-Management. Dabei ist über 

die Zeit zu beobachten, dass sich die Anforderungen an 


11 / 2011 

55

Hauptbeitrag 

BILD 7: 

Anwendung von 

Strategien über 

die Nutzzeit 

einer Anlage 

(Beispiel) 

die Kompatibilität (Tabelle 1) ändern, was sich im Kompatibilitätsprofil 

durch Hinzufügen oder Wegfallen von 

Kriterien widerspiegelt. Ein Beispiel hierfür ist die Verwendung 

von neuen Speichermedien, bei der die Funktion 

erhalten bleibt, sich gerätetechnische Anforderungen 

jedoch ändern (zum Beispiel Übergang von Magnetband 

zu Festplatte). Außerdem ist davon auszugehen, dass sich 

Änderungen des Soll-Profils einer Komponente (Bild 4) 

ergeben. So können beispielsweise verschärfte Regularien 

aus dem produktbezogenen Umweltschutz oder zusätzliche 

Energieeffizienzklassen zu neuen Ausprägungen bestehender 

Anforderungen führen. 

Der Einfluss der Technologien aus dem Bürobereich 

führt zur Akzeptanz von neuen Funktionalitäten und 

Präsentationsmöglichkeiten an der Schnittstelle Mensch- 

System. Dadurch steigt die Bereitschaft – bis hin zur 

Kundenforderung – und damit der Bedarf, diese Technologien 

auch in der Automation einzusetzen. Diese 

Änderungen der Anforderungen führen zur Notwendigkeit, 

die Kompatibilitätsforderungen anzupassen. Ein 

Beispiel hierfür sind browserbasierte Systeme zur Prozessführung; 

zukünftig ist davon auszugehen, dass die 

Bedienkonzepte und die Applikationen aus dem Bereich 

der Smartphones auch in der Prozessführung Einfluss 

nehmen werden. 

Entscheidungen im Life-Cycle-Management werden in 

der Regel unter dem Primat der Wirtschaftlichkeit getroffen. 

Das hat zur Folge, dass in zunehmendem Umfang 

Hard- und Softwaretechnologien aus der IT-Welt sowie 

COTS eingesetzt werden. Aufgrund der hohen technischen 

Anforderungen der Automation erfolgt die Integration 

solcher Komponenten abhängig von der Erfüllung 

dieser spezifischen Anforderungen. Demzufolge begann 

diese Integration in den oberen Ebenen der Automatisierungspyramide 

und dringt stetig in andere Bereiche ein 

(zum Beispiel Ethernet, PC-basierte Automation, industrielle 

Funklösungen). 

Markante Eigenschaften dieser Komponenten sind – 

gemessen an der Nutzzeit einer Anlage – der kurze Lebenszyklus, 

aber auch die fehlende Unterstützung der 

Nutzung der Instanzen über den relevanten Zeitraum. 

Diese Eigenschaften werden zu bestimmenden Faktoren 

für das Life-Cycle-Management der Anlage. Sie erfordern 

eine Überprüfung und gegebenenfalls Anpassung der 

Maßnahmen, die wiederum auch mit der Betreiberstrategie 

abgestimmt werden müssen. 

Wenn keine Anpassungen der Kompatibilitätsanforderungen 

erfolgen, wird der Zeitbereich der Anwendung 

der Strategie Substitution begrenzt, und der Aufwand 

für Re-Design steigt. Dies führt dazu, dass der Zeitpunkt, 

ab dem nur noch Funktionskompatibilität erzielbar ist, 

vom Life-Cycle der Komponenten abhängig ist. Beim 

Einsatz von COTS wird daher der Zeitpunkt deutlich 

früher erreicht. Je mehr COTS eingesetzt werden, desto 

mehr müssen auch Maßnahmen zur Beherrschung von 

Inkompatibilitäten ergriffen werden. Das Risiko, dass die 

Grenzen technischer Machbarkeit und wirtschaftlicher 

Vertretbarkeit erreicht werden, steigt über die Zeit. 

Fazit 

Ein gemeinsames Verständnis bezüglich Begriffen und 

Modellen ist unverzichtbar für eine kooperatives Vorgehen 

im Life-Cycle-Management in der Automation. 

Im Kern dieser Zusammenhänge stehen die Kompatibilität 

und darauf aufbauend ein Satz von erprobten 

Strategien. Wie in Abschnitt 3 gezeigt, ändern sich die 

56 


11 / 2011

Kompatibilitätsanforderungen über die Zeit, wesentlich 

bestimmt durch technische, sozioökonomische 

und regulatorische Einflüsse. Damit verändern sich im 

spezifischen Anwendungsfall auch die Einsatzmöglichkeiten 

der beschriebenen Strategien. Da das Erfüllen 

von Kompatibilitätsanforderungen über die Zeit 

immer schwieriger wird, müssen sich diese Anforderungen 

auf die wesentlichen Aspekte konzentrieren. 

Dabei haben die Anforderungen an die Funktionskompatibilität 

höchste Priorität. 

Proaktives Handeln ist der Schlüssel zu Life-Cycle- 

Excellence. Dies schließt die aktive Beteiligung der 

Automation bei der Entwicklung von Standards und 

Normen ein, um nachhaltig Interoperabilität und 

Kompatibilität aufwandsarm sicherstellen zu können. 

Als konsequente Forderung aus diesen Betrachtungen 

muss die Life-Cycle-Kompetenz bei allen 

Partnern der Wertschöpfungskette ein stärkeres Gewicht 

bekommen. 


01.08.2011 


Referenzen 

[1] Hauff, T., Weigel, O.: Langfristige Sicherstellung der Feldgeräteintegration; In 

Tagungsband: EKA 2008 - Entwurf komplexer Automatisierungssysteme, 2008 

[2] NAMUR-Empfehlung NE 121: Qualitätssicherung leittechnischer Systeme, 2008 

[3] IEC 62402: Anleitung zum Obsoleszenzmanagement, Beuth-Verlag, 2005 

[4] Niemann, J., Tichkiewitch, S. und Westkämper, E.: Design of Sustainable 

Product Life Cycles. Springer Verlag, Heidelberg Berlin, 2009 

[5] Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e.V.: ZVEI-Softwareklausel 

zur Überlassung von Standard-Software als Teil von Lieferungen. 

Ergänzung und Änderung der "Allgemeinen Lieferbedingungen für Erzeugnisse 

und Leistungen der Elektroindustrie", Frankfurt, 2004 

[6] Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e.V.: Life-Cycle-Management 

für Produkte und Systeme der Automation, Frankfurt, 2010 

[7] NAMUR-Empfehlung NE 53: Software von Feldgeräten und signalverarbeitenden 

Geräten mit Digitalelektronik. 2003 

[8] IEC 81346-2: Industrial systems, installations and equipment and industrial 

products - Structuring principles and reference designations - Part 2: 

Classification of objects and codes for classes. Juli 2009 

[9] Schrieber, R.; Mühlhause, M.; Wollschlaeger, M.; Birkhofer, R.; Niemann, J.; 

Kalhoff, J.; Wickinger, J.: Generisches Lebenszyklusmodell für Produkte und 

Systeme der Automation. Automation 2010, 15.-16.06.2010, Tagungsband 

Autoren 

Siemens AG, Energy F IE 51, 

Siemensallee 84, D-76187 Karlsruhe, 

Tel. +49 (0) 721 595 61 70, 

E-Mail: reinhard.schrieber@siemens.com 

Dipl.-Ing. Reinhard Schrieber (geb. 

1947) leitet den Product Management 

Support für Kraftwerksleitsysteme mit 

den Schwerpunkten Quality and 

Processes, Standardisation and 

Regulation, Intellectual Property bei 

der Siemens AG, Energy Sector, Fossil 

Power Generation Division, Instrumentation 

& Electrical. 

Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Martin 

Wollschlaeger (geb. 1964) ist seit 

2003 Inhaber der Professur Prozesskommunikation 

an der TU Dresden. 

Arbeitsgebiete sind industrielle 

Automatisierungsnetze, Management 

von heterogenen industriellen Netzen, 

Informationsmodelle und Beschreibungssprachen 

sowie Integrationsprozesse 

in der Automation. 

TU Dresden, 

Institut für Angewandte Informatik, 

D-01062 Dresden, Tel. +49 (0) 351 46 33 96 70, 

E-Mail: martin.wollschlaeger@tu-dresden.de 

Dipl.-Ing. Mathias Mühlhause (geb. 1979) ist 

seit 2006 wissenschaftlicher Mitarbeiter am 

Lehrstuhl Integrierte Automation an der 

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg. 

Seine Forschungsgebiete sind Engineeringkonzepte, 

Merkmalbeschreibungen sowie die 

Geräteintegration in den Lebenszyklus automatisierungstechnischer 

Anlagen. Weiterhin 

engagiert er sich in verschiedenen Arbeitskreisen 

des VDI GMA, ZVEI sowie im Prolist e.V. 

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, 

Lehrstuhl Integrierte Automation, 

PF 4120, D-39016 Magdeburg, 

Tel. +49 (0) 391 671 29 20, E-Mail: mathias.muehlhause@ovgu.de 

Dr.-Ing. Dipl.-Wirt. Ing. Jörg Niemann (geb. 

1970), ist Gruppenleiter Life Cycle Management 

im Bereich Service Prozessleittechnik 

bei der ABB Automation GmbH. Zuvor war er 

in der Forschung und Beratung beim Fraunhofer 

Institut für Produktionstechnik und 

Automatisierung (IPA) und dem Institut für 

Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb 

(IFF) der Uni Stuttgart im Bereich 

Produktionsoptimierung tätig. 

ABB Automation GmbH, 

Oberhausener Straße 33, D-40472 Ratingen, 

Tel. +49 (0) 2102 12 11 89, E-Mail: joerg.niemann@de.abb.com 


11 / 2011 

57

hauptbeitrag 

Verfügbarkeitsberechnung von 

Automatisierungsnetzwerken 

Teil 2: Topologien und Designempfehlungen 

Der Beitrag befasst sich mit der Berechnung der Verfügbarkeit von Ethernet-basierten 

Automatisierungsnetzwerken. Teil 1 behandelte die Grundlagen der Verfügbarkeitsrechnung. 

Teil 2 beschreibt die typischen Netzwerktopologien der Automatisierungstechnik 

und deren Verfügbarkeit. Abschließend werden Maßnahmen diskutiert, wie sich die 

Verfügbarkeit eines Netzwerks durch entsprechende Auslegung verbessern lässt. 

SCHLAGWÖRTER Verfügbarkeit / Verfügbarkeitsberechnung / Ethernet / MTBF / MTTR / 

Automatisierungstechnik / Automatisierungsnetzwerk 

Availability Calculation of Automation Networks – 

Part 2: Topologies and Design Recommendations 

This article deals with availability calculations for Ethernet-based automation networks. 

Part 1 dealt with the principles of the availability calculation. This part analyses typical 

network topologies of automation systems and their availability, and concludes with a 

discussion of ways to increase the availability of a network by improved design. 

KEYWORDS Availability / Availability calculation / Ethernet / MTBF / MTTR / 

Process Control / Automation Network 

58 


11 / 2011

Karl-Heinz Niemann, Fachhochschule Hannover 

Der in atp edition 10/2011 veröffentlichte Teil 1 

des Beitrags hatte die Grundlagen der Verfügbarkeitsrechnung 

zum Thema. Begriffe wie 

MTTF, MTBF, MTTR und Verfügbarkeit wurden 

erläutert: 

MTTF: Mean Time to Failure. Zeit bis zum ersten 

Ausfall eines Gerätes 

MTTR: Mean Time to Recover. Zeit für den Austausch 

oder die Reparatur eines Gerätes 

V: Verfügbarkeit. V = MTTF / (MTTF + MTTR) 

Weiterhin wurden Zusammenschaltungen mehrerer 

Komponenten betrachtet und es wurden ein Berechnungsverfahren 

und ein Berechnungswerkzeug zur Berechnung 

vermaschter Ethernet-basierter Netzwerke 

vorgestellt. Daraus ergab sich: 

Bei einer Serienschaltung mehrerer Komponenten 

müssen alle Komponenten im Pfad funktionsfähig 

sein. Die resultierende Verfügbarkeit der Gesamtanordnung 

sinkt unter die Verfügbarkeit der Einzelteile. 

Bei einer Parallelschaltung mehrerer Komponenten 

muss lediglich eine der Komponenten im Parallelzweig 

funktionsfähig sein. Die Verfügbarkeit der 

Gesamtanordnung ist höher als die Verfügbarkeit 

der Einzelkomponenten. 

1. Verfügbarkeiten ausgesuchter Topologien 

In Teil 2 werden typische Netzwerktopologien in Bezug 

auf ihre Verfügbarkeit untersucht. Eine Analyse unter 

Kostengesichtspunkten und unter dem Aspekt von 

Durchlaufzeiten wurde bereits in früheren Veröffentlichungen 

vorgenommen. [1], [2], [3]. 

Im Sinne einer einfachen Vergleichbarkeit der Ergebnisse 

wird zunächst für alle betrachteten Topologien mit 

identischen MTTF- und MTTR-Werten für die Kabel und 

Switches gearbeitet (Tabelle 1). Die Anzeige-/Bedienkomponente 

(ABK, Leitstation) und prozessnahe Komponente 

(PNK, SPS oder Controller) wird mit der Verfügbarkeit 1,0 

angesetzt, um diese beiden Komponenten aus der Betrachtung 

zu entfernen. Es wurden bewusst relativ geringe 

MTTF-Angaben für Kabel und Switches gewählt, 

um die Unterschiede zwischen den Topologien besser 

herausarbeiten zu können. 

In den folgenden Beispielen wird aus Vereinfachungsgründen 

eine Netzwerktopologie angenommen, bei der 

alle ABK und alle PNK in einer Kommunikationsbeziehung 

zueinander stehen. Dies ist zum Beispiel bei Kompaktautomatisierungssystemen 

der Fall, wo jeder Controller 

mit jeder Leitstation kommunizieren kann. Es wird 

der Fall untersucht, wie hoch die Verfügbarkeit der Netzwerkverbindung 

zwischen einer Leitstation (ABK) und 

einer Prozessstation (PNK) ist. 

1.1 Sterntopologie 

Bild 1 zeigt eine nicht redundante Sterntopologie. Alle 

Geräte sind an einen zentralen Switch angebunden. Die 

Anschlusskabel zu den Endteilnehmern laufen an diesem 

zentralen Knotenpunkt zusammen. Die Verfügbarkeitsangaben 

zeigen, dass die Verfügbarkeit zum Beispiel 

zwischen ABK1 und PNK1 und zwischen ABK1 und PNK4 

identisch ist. Dies leuchtet ein, da die Verfügbarkeiten 

der Geräte und Verbindungen für beide Strecken identisch 

sind. Bei den zu Grunde gelegten MTTF- und MTTR- 

Werten liegt die Verfügbarkeit bei 99,835796 %. Das entspricht 

der Verfügbarkeitsklasse VK1 (normale Verfügbarkeit) 

gemäß der Klassifizierung des Bundesamtes für 

Sicherheit in der Informationstechnik BSI [4]. 

Eine deutliche Verbesserung der Verfügbarkeit einer 

Sterntopologie lässt sich erreichen, wenn das Netzwerk 

redundant ausgeführt ist, siehe Bild 2. Hier liegt die 

Verfügbarkeit bei 99,999730 %. Das entspricht der Verfügbarkeitsklasse 

VK4 (höchstverfügbar). Dieses Systemkonzept 

setzt voraus, dass die angeschlossenen 

Endgeräte (PNK und ABK) jeweils über zwei Netzwerkanschlüsse 

verfügen und ein entsprechendes Redundanzprotokoll 

unterstützen. Zudem verdoppeln sich die 


11 / 2011 

59

1 2 3 4 0,99999730 

Hauptbeitrag 

Komponente MTTF MTTR 

Switch 43.800 h = 

5 Jahre 

Kabel 43.800 h = 

5 Jahre 

Verfügbarkeit 

Komponente 

24 h 0,99945235 

24 h 0,99945235 

ABK – – 1,0 (geht so nicht 

in Betrachtung ein) 

PNK – – 1,0 (geht so nicht 

in Betrachtung ein) 

TABELLE 1: MTTF- und MTTR-Angaben für den 

Topologievergleich 

ABK 

1 

1 

v01 

ABK 

ABK 

ABK 

2 

3 

4 

1 1 1 

SW 3 SW 4 SW 5 SW 6 

4 3 2 

4 3 2 

v21 v22 

v24 v25 

v23 

v26 

1 

PNK 

1 

SW 1 

SW 2 

5 

6 

v10 

v11 

1 1 

1 

PNK 

2 

v02 

1 2 3 

4 

1 

PNK 

3 

v03 

v04 

BILD 3: Baumtopologie 

1 

PNK 

4 

1 

PNK 

5 

1 

PNK 

6 

Nicht redundant: 

V(ABK1-PNK1) = 

0,99726477 


0,99726477 

Redundant: 


0,99999252 


0,99999252 

ABK 

1 

1 

v01 

ABK 

2 

ABK 

3 

ABK 

4 

1 1 1 

v02 v03 

v04 

1 2 3 

4 

SW 1 

8 7 6 5 



0,99835796 


0,99835796 

ABK 

1 

1 

v01 

v11 

ABK 

ABK 

ABK 

2 

3 

4 

1 1 1 

v02 v03 

1 2 3 

4 

v04 

SW 1 

SW 2 

5 



0,99726477 


0,99617278 

v11 

1 1 1 1 

PNK 

PNK 

2 

3 

PNK 

1 

v12 

v13 

v14 

PNK 

4 

v21 

1 

PNK 

1 

1 2 

v12 

1 


5 4 3 

2 

4 3 

v22 

v24 v25 

v23 

v26 

1 

PNK 

2 

1 

PNK 

3 

1 

PNK 

4 

1 

PNK 

5 

1 

PNK 

6 

Redundant: 

V(ABK1-PNK1)= 

0,99999252 

V(ABK1-PNK4)= 

0,99998535 

BILD 1: Sterntopologie, nicht redundant 

BILD 4: Linientopologie 

ABK 

1 

1 

v01 

v02 

1 2 3 4 

SW 1 

8 7 6 5 

ABK 

ABK 

ABK 

2 

3 

4 

1 1 1 

v03 

v04 

SW 2 

ABK 

1 

1 

v01 

v02 

1 2 3 4 

SW 1 

6 5 

ABK 

ABK 

ABK 

2 

3 

4 

1 1 1 

v03 

v04 

v10 

SW 2 



0,99781032 


0,99781032 

v11 

1 1 1 1 

PNK 

PNK 

2 

3 

PNK 

1 

v12 

v13 

v14 

PNK 

4 

Redundant: 

V(ABK1-PNK1)= 

0,99999730 

V(ABK1-PNK4)= 

0,99999730 

v21 

1 

PNK 

1 

v12 

1 2 

v11 1 2 


3 

5 4 3 

5 4 

v22 v23 v24 v25 v26 

1 

PNK 

2 

1 

PNK 

3 

1 

PNK 

4 

1 

PNK 

5 

1 

PNK 

6 

Redundant: 

V(ABK1-PNK1)= 

0,99999521 

V(ABK1-PNK4)= 

0,99999521 

BILD 2: Sterntopologie, redundant 

BILD 5: Ringtopologie 

60 


11 / 2011

Verkabelungskosten und die Kosten für die Netzwerkswitches. 

Die Längenbegrenzung von 100 m für 

Ethernet-Kupferkabel ist zu beachten. 

1.2 Baumtopologie 

Bild 3 zeigt eine Automatisierungsanlage in einer 

Baumtopologie. Diese kann sowohl redundant (alle 

Komponenten und Verbindungen wie dargestellt) als 

auch nicht redundant (nur SW1, SW3 und SW5 und die 

roten Verbindungen) ausgeführt sein. Eine Baumtopologie 

ist zum Beispiel sinnvoll, wenn Anlagenteile 

räumlich voneinander entfernt sind, jedoch mehrere 

Einheiten an einem gemeinsamen Ort installiert werden. 

In Bild 3 könnte beispielsweise der Switch SW1 

im Wartenraum stehen, der Switch SW3 ist in einem 

Schaltschrank zusammen mit PNK1, PNK2 und PNK3 

installiert. Die Verfügbarkeitsangaben in diesem Beispiel 

zeigen, dass sowohl für die nicht redundante als 

auch für die redundante Ausführung die Verfügbarkeit 

etwas abgenommen hat. Dies ist nachvollziehbar, 

weil die Datenpakete zum Beispiel auf dem Weg von 

ABK1 zu PNK1 jetzt zwei Switches und drei Kabel 

durchlaufen müssen, wo vorher, bei der sternförmigen 

Topologie, nur ein Switch und zwei Kabel zu passieren 

waren. Die deutlichen Unterschiede in der Verfügbarkeit 

zwischen redundantem und einfachem 

Netzwerk bleiben bestehen. Da alle Wege von den ABK 

zu den PNK die gleiche Anzahl von Komponenten 

durchlaufen ist die Verfügbarkeit der Verbindung 

ABK1 zu PNK1 gleich der Verfügbarkeit der Verbindung 

von ABK1 zu PNK4. 

1.3 Linientopologie 

Bild 4 zeigt eine Linientopologie in zwei Ausführungen: 

in redundanter (alle Netzwerkkomponenten) und nicht 

redundanter (nur SW1, SW3, SW5 und die roten Verbindungen). 

Bei diesem Beispiel läuft das Nachrichtenpaket 

über unterschiedliche Distanzen, abhängig davon, ob 

zum Beispiel ABK1 mit PNK1 oder mit PNK4 kommuniziert. 

Die Verfügbarkeit nimmt mit zunehmender Länge 

der Linie ab (hier bei nicht redundanter Ausführung 

Abnahme von V=99,7 % auf V=99,6 %). Wegen der geringen 

Länge der Linie ist der Unterschied klein. Bei einer 

größeren Linienlänge wird die Reduktion entsprechend 

stärker ausfallen. Dieser Aspekt wird später noch näher 

betrachtet. Die Abhängigkeit der Verfügbarkeit von der 

Linienlänge ist für die redundante und die nicht redundante 

Ausführung zu erkennen. 

1.4 Ringtopologie 

Bild 5 zeigt eine Ringtopologie in einer redundanten 

(alle Netzwerkkomponenten und Verbindungen) und 

einer nicht redundanten Ausführung (nur SW1, SW3, 

SW5 und die rot markierten Verbindungen). Der Ring 

zeigt im Vergleich zur Linientopologie eine bessere 

Verfügbarkeit, da sich durch das zusätzliche Ringsegment 

ein alternativer Datenpfad ergibt. Eine Reduzierung 

der Verfügbarkeit wird aber auch hier mit zunehmender 

Anzahl der Ringteilnehmer eintreten, allerdings 

im Vergleich zur Linie auf geringerem Niveau. 

Linie und Ring weisen in Hinsicht auf Verkabelungsaufwand 

und Verkabelungskosten Vorteile gegenüber 

der Sternstruktur auf. Diese wurden in [1] [2] [3] diskutiert. 

Die für den Ring verwendeten Netzwerk-Switches 

müssen ein entsprechendes Ring-Redundanzprotokoll 

unterstützen. 

1.5 Vermaschte Topologie 

Bild 6 zeigt eine vermaschte Topologie, welche aus der 

Applikationsschrift eines Leitsystemherstellers [5] abgeleitet 

wurde. Es ist zu erkennen, dass es in diesem 

Konzept, trotz redundanter Teilnehmeranschlüsse, 

keine strikte Trennung zwischen dem primären und 

sekundären Netzwerk gibt. Die dargestellten schwarzen 

Verbindungen sind weder dem primären noch dem 

sekundären Netzwerk zuzuordnen. Darüber hinaus ist 

ersichtlich, dass die Verfügbarkeit, trotz redundanter 

Teilnehmeranschlüsse und trotz einer hohen Anzahl 

alternativer Wege zwischen zwei Stationen, nicht besser 

ausfällt, als die eines einfachen, redundanten 

Sterns. An diesem Beispiel wird klar, das ein hoher 

Materialaufwand und eine hohe Anzahl paralleler Pfade 

nicht zwangsläufig zu einer besseren Verfügbarkeit 

führen als einfachere Strukturen. Vielmehr gibt es ein 

Optimum, ab dem sich die Verfügbarkeit durch hinzufügen 

weiterer Pfade, trotz deutlich höheren Materialaufwands, 

nicht mehr wesentlich verbessern lässt. Die 

Regel hierzu ist einfach zu erklären: Jede zusätzliche 

Komponente im System ist auch eine potenzielle Fehlerquelle. 

Trägt eine Komponente nicht signifikant zur 

Erzeugung alternativer Pfade bei, kann das zusätzliche 

Ausfallrisiko den erhofften Verfügbarkeitsgewinn 

durch zusätzliche Datenpfade aufheben. 

1.6 Vergleich der Verfügbarkeiten verschiedener 

Topologien 

Tabelle 2 stellt die gefundenen Ergebnisse dar. Der 

deutliche Unterschied zwischen den redundanten und 

nicht redundanten Netzwerken ist erkennbar. Weiterhin: 

Der Stern hat die günstigsten Verfügbarkeitswerte, 

gefolgt von Ring, Baum und Linie. Trotz der guten 

Verfügbarkeit scheidet in vielen Anwendungen der 

Stern wegen des hohen Verkabelungsaufwandes und 

wegen der Längenlimitierung bei Kupferkabel für bestimmte 

Applikationen aus. Da für diesen Beitrag sehr 

kleine Netzwerke verwendet wurden, ist davon auszugehen, 

dass die Abweichungen zwischen den Topologien 

für größere Netzwerke stärker ausfallen werden. 

Für alle Switches wurden in diesem Beispiel aus 

Vereinfachungsgründen identische MTTF- und MTTR- 

Werte angenommen. Ein großer, zentraler Switch in 

einer Sterntopologie wird mehr Ports aufweisen, als 


11 / 2011 

61

Hauptbeitrag 

die kleinen, dezentralen Switches in einer Ringoder 

Linientopologie. Somit wird auf Grund der 

größeren Komplexität eines zentralen Switches seine 

MTTF kleiner sein als die eines kleineren Switches 

(siehe Tabelle 1 in Teil 1 des Beitrags). Möglicherweise 

wird auch die MTTR steigen, da eventuell 

ein großer, zentraler Switch nicht als Ersatzteil vor 

Ort bevorratet wird. 

Werden zum Beispiel in der nicht redundanten Sterntopologie 

die MTTF auf 14 600 Stunden (ein Drittel des 

Ursprungswertes) reduziert und die MTTR auf 48 Stunden 

(das Doppelte des Ursprungswertes) erhöht, so verringert 

sich die Verfügbarkeit des Netzes zwischen ABK1 

und PNK4 von ursprünglich 99,835796 % auf 99,563170 %. 

In jedem Fall sollten vor einer Entscheidung für oder 

gegen eine Topologie, Berechnungen mit konkreten 

MTTF- und MTTR-Werten der geplanten Geräte vorgenommen 

werden. Die Beispiele in diesem Beitrag liefern 

lediglich Anhaltspunkte. 

2. Fallstudie: Optimierung eines 

Automatisierungsnetzes 

In diesem Abschnitt wird exemplarisch die Optimierung 

einer gegebenen Netzwerktopologie unter Verfügbarkeitsgesichtspunkten 

beschrieben. Zur Vereinfachung 

der Darstellung werden nur eine ABK und zwei 

PNK betrachtet. 

Bild 7 zeigt eine Automatisierungsanlage. Es wird 

angenommen, dass in einer Warte mehrere ABKs betrieben 

werden. Eine ABK (ABK1) ist exemplarisch dargestellt. 

Über eine längere Verbindung werden die ABK 

an den Produktionsbereich angebunden. Hier steht ein 

Verteiler-Switch (SW2), an den mehrere Automatisierungsanlagen 

in Linientopologie angeschlossen sind. 

Es wird davon ausgegangen, dass wegen der einfachen 

Verkabelung eine Linientopologie im Produktionsbereich 

gefordert ist. Solche linienförmigen Topologien 

findet man, wenn zum Beispiel in Remote-E/A- 

Baugruppen bereits ein Zweiport-Ethernet-Switch integriert 

ist. Die Switch-Ketten SW10 bis SW23 und SW30 

bis SW43 können somit auch als Hintereinanderschaltung 

von Remote-E/A-Baugruppen mit integriertem 

Switch interpretiert werden. Es wird nun der Fall untersucht, 

dass ABK1 eine Verbindung zu PNK23 oder 

PNK43 benötigt. Es gelten die bei den vorherigen Untersuchungen 

benutzten Werte für MTTF = 43 800 h und 

MTTR = 24 h für alle Switches und die Kabel. Um den 

Einfluss der PNK- und ABK-Verfügbarkeit aus der Betrachtung 

zu eliminieren werden diese beiden Komponenten 

mit einer Verfügbarkeit von 1,0 angesetzt. Damit 

geben die berechneten Verfügbarkeitsangaben des Beispiels 

ausschließlich die Verfügbarkeit des Netzwerkes, 

ohne die ABK und ohne die PNK an. 

Wird die Verfügbarkeit der Verbindung von ABK1 zu 

PNK23 bestimmt, so ergibt sich ein Wert von 

99,399128 %. Datenpakete zwischen ABK1 und PNK23 

durchlaufen 16 Switches und 17 Kabelverbindungen 

mit insgesamt 34 Steckverbindern, die alle aus Verfügbarkeitssicht 

in Serie geschaltet sind. Wie in Teil 

1 des Beitrags erläutert, reduziert sich durch die Multiplikation 

der Einzelverfügbarkeiten die gesamte Verfügbarkeit 

der Anordnung. 

Als erster Optimierungsschritt wird die Switch-Reihe 

SW10 bis SW23 durch die zusätzliche Verbindung V25 

zwischen SW23 und SW2 zu einem Ring erweitert. Hierdurch 

haben Datenpakete von der PNK23 zwei alternative 

Wege zum Switch SW2. Es ist zu beachten, dass die 

eingesetzten Komponenten ein entsprechendes Ring- 

Redundanzprotokoll unterstützen müssen. Sollte der 

inaktive Teil des Ringes zwischen SW16 und SW17 liegen, 

würde sich im Normalbetrieb zudem eine Halbierung 

der Durchlaufzeiten durch die Linie ergeben. 

Bild 8 zeigt die zum Ring ergänzte Linientopologie. 

Die Verfügbarkeit steigt auf 99,890391 % an. Gegebenenfalls 

könnte man den so erzeugten Ring auch noch in 

zwei Teilringe mit halber Switch-Anzahl aufteilen. Dies 

würde auch die Durchlaufzeit der Datenpakete verkürzen. 

Es stehen, ausgehend von PNK23, zwei alternative 

Übertragungswege bis zum Switch SW2 zur Verfügung. 

Der Rest der Strecke zwischen SW2 und ABK1 wird nun 

allerdings aus Verfügbarkeitssicht zum Engpass, da hier 

immer nur eine einzige Verbindung zur Übertragung der 

Daten zur Verfügung steht. Somit werden zum Beispiel 

SW2 und V02 zum „Single Point of Failure“. Durch die 

Schaffung alternativer Datenwege lässt sich diese 

Schwachstelle beseitigen. 

Bild 9 zeigt die zweite Stufe der Optimierung. Hier 

wird mit SW3 und SW4 ein alternativer Datenweg zur 

Leitebene gebildet. Vorzugsweise sollten die Verbindungskabel 

zur Leitebene (V02 und V26) auf getrennten 

Wegen geführt werden, genauso wie die Verbindung V25 

getrennt von den Verbindungen V10 bis V23 verlegt werden 

sollte. Die Verfügbarkeit des Netzwerkes erhöht sich 

durch diese Maßnahme nun auf 99,926765 %. 

Trotz aller Optimierungsmaßnahmen und trotz zusätzlicher 

Komponenten (zwei zusätzliche Switches, vier 

zusätzliche Kabelverbindungen) liegt die erzielte Verfügbarkeit 

nur in der Verfügbarkeitsklasse 2. Die Ausfallzeit 

pro Jahr würde bei etwa 6,4 Stunden liegen. Es stellt sich 

die Frage, warum das Netzwerk, trotz der zusätzlichen 

parallelen Pfade, keine höhere Verfügbarkeit aufweist. 

Um diese Frage zu beantworten, stellen wir die Topologie 

aus Bild 10 einmal etwas abgeändert dar. 

Wir fassen in Bild 10 die Netzwerkkomponenten zusammen 

und unterstellen, dass das so realisierte Netzwerk 

ideal ist und die Verfügbarkeit 1,0 habe. In der Verbindung 

zwischen ABK1 und PNK23 liegen jetzt nur noch 

die Reihenschaltung der beiden Anschlusskabel V01 und 

V24 und das als ideal angenommene Netzwerk. Und genau 

hier liegt das Problem. Egal wie hoch die Verfügbarkeit 

des Netzwerkes ist (1,0), egal wie hoch die angenommene 

Verfügbarkeit von PNK und ABK sind (auch zu 1,0 

angenommen). Die beiden Anschlussleitungen verbleiben 

im Datenpfad als kritisches Glied. Wir können bei 

dem angenommenen idealen Netzwerk die Zusammenschaltung 

der Komponenten als Reihenschaltung gemäß 

Formel 1 und 2 berechnen: 

(1) 

62 


11 / 2011

(2) 

Bei idealen Netzwerkkomponenten mit Verfügbarkeit 

1,0 und gegebener Verfügbarkeit der Anschlusskabel 

von 0,9998 beträgt die maximale Verfügbarkeit 

99,96 %. Damit liegt die in der zweiten Optimierung 

gefundene Topologie schon relativ dicht am theoretisch 

erreichbaren Maximum für Geräte mit nicht 

redundantem Teilnehmeranschluss. Erst wenn die 

Verfügbarkeit der Anschlussleitungen signifikant erhöht 

oder die Teilnehmeranschlussleitungen redundant 

ausgeführt werden, lässt sich die Verfügbarkeit 

weiter steigern. 

Bild 11 zeigt die dritte Optimierungsstufe des Netzwerkes, 

nun mit redundanten Teilnehmeranschlüssen. 

Es ist zu beachten, dass die redundanten Teilneh- 

1 

PNK 

1 

ABK ABK 

ABK ABK 

1 

2 

1 3 

4 

2 

1 1 2 

1 2 

2 

1 2 1 2 

1 2 1 2 

3 

4 

SW 10 3 SW 11 SW 12 SW 13 

4 4 

3 4 3 

V41 

V 11 

1 1 

1 2 5 1 

2 

2 

SW 20 SW 21 

SW 22 SW 23 

5 4 3 5 4 3 

5 4 3 

4 3 

2 

v43 

V12 

V13 

V21 

V31 

V42 

10 

9 

V22 

V 23 

V44 

1 2 3 

1 2 3 

4 V01 10 

5 V02 9 

SW 01 6 

SW 02 

8 7 

8 7 6 

V32 

v45 

V33 

V 14 

v46 

V 24 

V34 

V 25 

2 1 2 1 2 

1 2 1 2 1 2 

PNK 

2 

PNK 

3 

PNK 

4 

PNK 

5 

PNK 

6 

V35 

V47 

BILD 6: Vermaschte Topologie 

V15 

V36 

V48 

V26 

V37 

V27 

v49 

4 

5 

V 16 

V38 

V 28 

v50 

V17 

V51 

V18 

v52 

Vermascht 


0,99999730 


0,99999730 

ABK 

1 

1 

1 

SW 1 

2 

V01 

V02 

BILD 7: Beispielnetzwerk 

für Fallstudie 

1 V10 V11 V12 V13 V14 V15 V16 V17 V18 V19 V20 V21 V22 V23 

1 

2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 

SW 2 SW10 SW11 SW12 SW13 SW14 SW15 SW16 SW17 SW18 SW19 SW20 SW21 SW22 SW23 

3 

3 V24 

ABK 

1 

PNK 

V30 1 

23 

V31 V32 V33 V34 V35 V36 V37 V38 V39 V40 V41 V42 V43 

1 

V01 

1 

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 

SW30 SW31 SW32 SW33 SW34 SW35 SW36 SW37 SW38 SW39 SW40 SW41 SW42 SW43 

SW 1 

2 

3 

Zusätzliche Verbindung macht 

V44 

aus der Linie einen Ring 

1 

PNK 

V02 

43 

V25 

Topologie 

V(AKB1-PNK4) 

nicht redundantes 

Netzwerk 

V(ABK1-PNK4) 

redundantes 

Netzwerk 

ABK1 

3 V10 V11 V12 V13 V14 V15 V16 V17 V18 V19 V20 V21 V22 V23 

1 1 

2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 

1 Ergänzung zum Ring 

SW V01 2 SW10 SW11 SW12 SW13 SW14 SW15 SW16 SW17 SW18 SW19 SW20 SW21 SW22 SW23 

1 

SW 1 

2 

V02 

BILD 8: Fallstudie: Erste Optimierung, 

V25 

Zusätzliche Verbindung macht 

aus der Linie einen Ring 

3 

1 

PNK 

23 

V24 

Stern 0,99835796 0,99999730 

Baum 0,99726477 0,99999252 

1 

SW 2 

V10 3 V11 V12 V13 V14 V15 V16 V17 V18 V19 V20 V21 V22 V23 

1 

2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 

SW10 SW11 SW12 SW13 SW14 SW15 SW16 SW17 SW18 SW19 SW20 SW21 SW22 SW23 

3 V24 

1 

PNK 

23 

Linie 0,99617278 0,99998535 

Ring 0,99781032 0,99999521 

ABK 

1 

1 

1 

V01 

BILD 9: Fallstudie: Zweite Optimierung, 

parallele Datenwege zur Leitwarte 

PNK 

Nicht zutreffend, 

da vermaschtes 

Netzwerk 

0,99999730 

SW 1 

2 

V02 

Zusätzliche Switches erzeugen parallele 

Verbindung zur Leitebene 

V25 

V27 

1 

SW 3 

2 

V26 

TABELLE 2: Zusammenfassung der Verfügbarkeiten 

verschiedener Topologien 

ABK1 

V10 3 V11 V12 V13 V14 V15 V16 V17 V18 V19 V20 V21 V22 V23 

3 1 

1 1 

2 

1 

2 

2 

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 

SW V01 2 SW10 SW11 SW12 SW13 SW14 SW15 SW16 SW17 SW18 SW19 SW20 SW21 SW22 SW23 SW 4 

1 

1 

3 V24 

V27 

1 1 

SW 1 

PNK 

SW 3 

2 

23 2 

V02 

Zusätzliche Switches erzeugen parallele 

Verbindung zur Leitebene 

V26 

V25 

1 V10 3 V11 V12 V13 V14 V15 V16 V17 V18 V19 V20 V21 V22 V23 

3 1 

1 

1 

2 

2 

2 

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 

SW 2 SW10 SW11 SW12 SW13 SW14 SW15 SW16 SW17 SW18 SW19 SW20 SW21 SW22 SW23 SW 4 

3 V24 

atp edition 1 

11 / 2011 PNK 

63 

23

Hauptbeitrag 

ABK 

1 

1 

1 

V01 

Ideales Netzwerk 

Verfügbarkeit = 1,0 

3 

1 

PNK 

23 

BILD 10: Fallstudie: Vereinfachte 

Darstellung der zweiten Optimierung 

V24 

1 

SW 1 

2 

3 

V02 

V01 

Redundanter 

Teilnehmeranschluss 

V25 

1 

ABK 

1 

V28 

Redundanter 

Teilnehmeranschluss 

PNK 

23 

SW 3 

1 V10 3 V11 V12 V13 V14 V15 V16 V17 V18 V19 V20 V21 V22 V23 

V26 3 1 

1 

1 

2 

2 

2 

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 

SW 2 SW10 SW11 SW12 SW13 SW14 SW15 SW16 SW17 SW18 SW19 SW20 SW21 SW22 SW23 SW 4 

3 3 

V30 V24 

2 1 

2 

V29 

3 

1 

2 

V27 

BILD 11: Fallstudie: 

Dritte 

Optimierung, 

redundante 

Teilnehmeranschlüsse 

Topologie Maßnahme zur Verbesserung V(AKB1-PN23) 

Ausgangstopologie mit Linie – 99,399128 % 

Optimierung 1 Ergänzung der Linie zum Ring 99,890391 % 

Optimierung 2 Zusätzlich redundante Anbindung zur Leitebene 99,926765 % 

Optimierung 3 Zusätzlich redundanter Teilnehmeranschluss 99,999684 % 

TABELLE 3: 

Zusammenfassung 

Optimierungsschritte 

der 

Fallstudie 

meranschlüsse auf unterschiedliche Switches aufgelegt 

werden. So wird PNK23 an SW22 und SW23 angebunden. 

Dies ist möglicherweise bei Geräten mit 

integriertem Switch nicht möglich. Die Verfügbarkeit 

beträgt jetzt 99,999683 % und liegt damit in der Verfügbarkeitsklasse 

4. Es ist zu beachten, dass die verwendeten 

Geräte den redundanten Anschluss über 

ein entsprechendes Redundanzprotokoll unterstützen 

müssen. Bitte bedenken Sie, dass für diese Beispielrechnung 

die Verfügbarkeit von ABK und PNK zu 1,0 

definiert wurde. 

Mit diesem Schritt ist die Optimierung der Netzwerktopologie 

abgeschlossen. Durch entsprechende Maßnahmen 

lässt sich die Verfügbarkeit des Netzwerkes in weiten 

Bereichen skalieren. Es wurde gezeigt, dass ab einer 

bestimmten Verfügbarkeitsklasse der redundante Anschluss 

der Endgeräte erforderlich wird. 

3. 10 Schritte zum hochverfügbaren Netzwerk 

Das sind die wichtigsten Regeln für den Entwurf hochverfügbarer 

Netzwerke: 

1 | Es sind zuverlässige Geräte (zum Beispiel Switches) 

mit einer hohen MTTF einzusetzen. 

2 | Kabel und Steckverbinder sollten von hoher Qualität 

sein. Diese Komponenten bestimmen die Verfügbarkeit 

der Anlage maßgeblich mit. Ein Ausfall 

kann genauso durch ein defektes Kabel, wie durch 

einen defekten Switch entstehen. 

3 | Bei Lichtwellenleiterkabeln über längere Strecken 

sollte die Verlegung von Ersatzadern erwogen werden. 

Diese sollten bereits mit Steckverbindern versehen 

sein. Damit kann im Störungsfall schnell auf 

eine Ersatzader umgesteckt werden und die MTTR 

entsprechend verringert werden. 

4 | Eine hohe Betriebstemperatur lässt die Ausfallrate 

elektronischer Geräte exponentiell anwachsen. Bei 

hohen Anforderungen an die Verfügbarkeit ist eine 

ausreichende Kühlung eine gute Maßnahme, die 

MTTF zu verbessern. 

5 | Redundante Netzteile können die MTTF von elektronischen 

Geräten deutlich verbessern, da Netzteile 

auf Grund bestimmter Bauelemente (zum Beispiel 

große Elektrolytkondensatoren) eine relativ 

geringe MTTF aufweisen. 

6 | Der Anlagenbetreiber sollte zur Erzielung geringer 

MTTR-Zeiten Netzwerkmanagmentsysteme in Betracht 

ziehen. Diese ermöglichen das schnelle Melden 

von Netzwerkfehlern und die sichere Identifikation 

fehlerhafter Geräte. Die Bevorratung ent- 

64 


11 / 2011

sprechender Ersatzteile verkürzt die MTTR und 

erhöht somit die Verfügbarkeit. Die Konfiguration 

von Switches muss schnell in Ersatzgeräte nachladbar 

sein (Netzwerkmanagment-Tool oder gegebenenfalls 

Speichermodul im Gerät). 

7 | Verfügbarkeitsengpässe (Single Point of Failure) 

sollten vermieden werden. Nachrichtenpakete sollten 

über alternative Routen laufen können. 

8 | Der redundante Anschluss von Teilnehmern oder 

die redundante Ausführung von Teilnehmern können 

bei hohen Verfügbarkeitsanforderungen erforderlich 

werden. 

9 | „Overengineering“ kann die Verfügbarkeit einer 

Anlage reduzieren. Es gibt ein Optimum, ab dem 

die Verfügbarkeit nicht weiter ansteigt (siehe Beispiel 

vermaschtes Netzwerk). Es ist zu bedenken: 

Jede zusätzliche Komponente ist auch eine potenzielle 

Fehlerquelle. 

10 | In der Planungsphase sollten die Verfügbarkeitsanforderungen 

an das Netzwerk abgeklärt werden 

und in kritischen Fällen sollte eine Verfügbarkeitsberechnung 

erfolgen. 

Fazit 

In Teil 2 wurde die Verfügbarkeit von Standardtopologien 

untersucht. Es zeigte sich, dass redundante Strukturen, 

wie zu erwarten ist, deutlich bessere Verfügbarkeiten 

aufweisen als nicht redundante Strukturen. Mit redundanten 

Strukturen lassen sich Netzwerke der Verfügbarkeitsklassen 

4 und höher realisieren. Am Beispiel 

einer hoch vermaschten Topologie zeigte sich, dass die 

Verfügbarkeit mit steigendem Materialeinsatz nicht 

zwangsläufig ansteigt. In jedem Fall ist die Berechnung 

der Verfügbarkeit bei kritischen Topologien eine sinnvolle 

Investition, da die ermittelten Zahlen in vielen 

Fällen eine bessere Einschätzung ermöglichen als rein 

qualitative Betrachtungen. 

Berechnungen des Autors aus verschiedenen Projekten 

zur Netzwerkverfügbarkeit bestätigen dies. Neben der 

Topologie spielen gerade die MTTF der Switches und Kabel 

eine wesentliche Rolle. Neben zuverlässigen Geräten 

sind hochwertige Steckverbinder und eine ausreichende 

Kühlung der elektronischen Komponenten ein Schlüssel 

zu hoher Verfügbarkeit. Im Bereich der MTTR kann durch 

organisatorische Maßnahmen (Netzwerkmanagement 

und Diagnose) sowie eine Bevorratung kritischer Ersatzteile 

ein Beitrag zur hohen Verfügbarkeit eines Netzwerkes 

geleistet werden. 


01.10.2010 


Referenzen 

[1] Niemann, K.-H.: Vergleichende Untersuchung von 

Netzwerktopologien für Automatisierungssysteme. 

4. Industrial Ethernet Kongress. 4.-5. Juli 2006. 

Stuttgart. Auf CD erschienen 

[2] Niemann, K.-H.: Überlegungen zur Topologie von 

Automatisierungsnetzwerken. Teil 1: Grundlagen 

und Stand der Standardisierung von Netzwerktopologien. 

In atp Automatisierungstechnische 

Praxis 9/2006. Oldenbourg Verlag, München, 

2006, S. 50-56 

[3] Niemann, K.-H.: Überlegungen zur Topologie von 

Automatisierungsnetzwerken. Teil 2: Kosten und 

Performanceanalyse. In atp Automatisierungstechnische 

Praxis 10/2006. Oldenbourg Verlag, München, 

2006, S. 64-72 

[4 Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik: 

Hochverfügbarkeitskompendium V1.2. Definitionen und 

Metriken für die Hochverfügbarkeit. 

https://www.bsi.bund.de/cae/servlet/contentblob/483606/publicationFile/30961/1_2_Definitionen_ 

pdf.pdf 

[5] Invensys Process Systems: The MESH Control Network 

Architecture. Document Number PSS 21H-7C2 B3. 

IPS Corporate Headquarters, Plano, TX, 2009. 

http://resource.invensys.com/iaseries/ 

pss/21h7/21h7c2b3.pdf 

Autor 

Prof. Dr.-Ing. Karl-Heinz 

Niemann (geb. 1959) vertritt 

seit dem Jahr 2005 die 

Lehrgebiete Prozessinformatik 

und Automatisierungstechnik 

an der Fachhochschule 

Hannover. Von 2002 

bis 2005 war er an der 

Fachhochschule Nordostniedersachsen 

für das Lehrgebiet Prozessdatenverarbeitung 

verantwortlich. Davor war er in 

leitender Stellung in der Entwicklung von 

Prozessleitsystemen unter anderem bei ABB, 

Elsag Bailey und Hartmann & Braun tätig. 

Fachhochschule Hannover, 

Fakultät I – Elektro- und Informationstechnik, 

Postfach 92 02 61, D-30441 Hannover, 

Tel. +49 (0) 511 92 96 12 64, 

E-Mail: Karl-Heinz.Niemann@FH-Hannover.de 


11 / 2011 

65

impressum / Vorschau 

Impressum 

Vorschau 

Verlag: 

Oldenbourg Industrieverlag GmbH 

Rosenheimer Straße 145 

D-81671 München 

Telefon + 49 (0) 89 4 50 51-0 

Telefax + 49 (0) 89 4 50 51-3 23 

www.oldenbourg-industrieverlag.de 

Geschäftsführer: 

Carsten Augsburger 

Jürgen Franke 

Hans-Joachim Jauch 

Herausgeber: 

Dr. V. Huck 

Dr. G. Kegel 

Dipl.-Ing. H. Kumpfmüller 

Dr. N. Kuschnerus 

Beirat: 

Dr.-Ing. K. D. Bettenhausen 

Prof. Dr.-Ing. Ch. Diedrich 

Prof. Dr.-Ing. U. Epple 

Prof. Dr.-Ing. A. Fay 

Prof. Dr.-Ing. M. Felleisen 

Prof. Dr.-Ing. G. Frey 

Prof. Dr.-Ing. P. Göhner 

Dipl.-Ing. Th. Grein 

Prof. Dr.-Ing. H. Haehnel 

Dr.-Ing. J. Kiesbauer 

Dipl.-Ing. R. Marten 

Dipl.-Ing. G. Mayr 

Dr. J. Nothdurft 

Dr.-Ing. J. Papenfort 

Dr. A. Wernsdörfer 

Dipl.-Ing. D. Westerkamp 

Dr. Ch. Zeidler 

Organschaft: 

Organ der GMA 

(VDI/VDE-Gesell schaft Messund 

Automatisierungs technik) 

und der NAMUR 

(Interessen gemeinschaft 

Automatisierungs technik der 

Prozessindustrie). 

Redaktion: 

Gerd Scholz (verantwortlich) 

Telefon + 49 (0) 89 4 50 51-3 44 

Telefax + 49 (0) 89 4 50 51-3 23 

E-Mail: scholz@oiv.de 

Anne Hütter 

Telefon + 49 (0) 89 4 50 51-4 18 

Telefax + 49 (0) 89 4 50 51-3 23 

E-Mail: huetter@oiv.de 

Einreichung von Hauptbeiträgen: 

Prof. Dr.-Ing. Leon Urbas 

(Chefredakteur, verantwortlich 

für die Hauptbeiträge) 

Technische Universität Dresden 

Fakultät Elektrotechnik 

und Informationstechnik 

Professur für Prozessleittechnik 

D-01062 Dresden 

Telefon +49 (0) 351 46 33 96 14 

E-Mail: urbas@oiv.de 

Fachredaktion: 

M. Blum 

Prof. Dr. J. Jasperneite 

Dr. B. Kausler 

Dr. N. Kiupel 

Dr. W. Morr 

I. Rolle 

F. Schiller 

Bezugsbedingungen: 

„atp edition – Automatisierungstechnische 

Praxis“ erscheint 

monatlich mit einer Doppelausgabe im 

Januar/Februar und Juli/August. 

Bezugspreise: 

Abonnement (Deutschland): 

€ 460,– + € 30,– Versand 

Abonnement (Ausland): 

€ 460,– + € 35,– Versand 

Einzelheft: € 55,– + Versand 

Die Preise enthalten bei Lieferung 

in EU-Staaten die Mehrwertsteuer, 

für alle übrigen Länder sind es 

Nettopreise. Mitglieder der GMA: 30% 

Ermäßigung auf den Heftbezugspreis. 

Bestellungen sind jederzeit über den 

Leserservice oder jede Buchhandlung 

möglich. 

Die Kündigungsfrist für Abonnementaufträge 

beträgt 8 Wochen zum 

Bezugsjahresende. 

Abonnement-/ 

Einzelheftbestellung: 

Leserservice atp 

Postfach 91 61, D-97091 Würzburg 

Telefon + 49 (0) 931 4170-1615 

Telefax + 49 (0) 931 4170-492 

E-Mail: leserservice@oiv.de 

Verantwortlich für 

den Anzeigenteil: 

Annemarie Scharl-Send 

Mediaberatung 

sales & communications Medienagentur 

Kirchfeldstraße 9, D-82284 Grafrath 

Tel. +49 (0) 8144 9 96 95 12 

Fax +49 (0) 8144 9 96 95 14 

E-Mail: ass@salescomm.de 

Anzeigenverwaltung: 

Brigitte Krawczyk 

Telefon + 49 (0) 89 4 50 51-2 26 

Telefax + 49 (0) 89 4 50 51-3 00 

E-Mail: krawczyk@oiv.de 

Druck: 

Druckerei Chmielorz GmbH 

Ostring 13 

D-65205 Wiesbaden-Nordenstadt 

Gedruckt auf chlor- und 

säurefreiem Papier. 

Die atp wurde 1959 als „Regelungstechnische 

Praxis – rtp“ gegründet. 

© 2011 Oldenbourg Industrieverlag 

GmbH München 

Die Zeitschrift und alle in ihr enthaltenen 

Beiträge und Abbildungen sind urheberrechtlich 

geschützt. Mit Ausnahme 

der gesetzlich zugelassenen Fälle ist 

eine Verwertung ohne Ein willigung des 

Verlages strafbar. 

ISSN 2190-4111 

Die Ausgabe 12 / 2011 der 

erscheint am 15.12.2011 

Mit folgenden Beiträgen: 

Leitfaden zur Entwicklung 

von Safety-Applikationen auf 

Anwenderebene 

Modellgetriebene Entwicklung 

von Human Machine Interfaces 

Effiziente Prozessführung 

durch an den Mensch 

angepasste Interaktion und 

Visualisierung 

Mobile Interaktionstechniken 

in der Fabrik der Zukunft 

...und vielen weiteren Themen. 

Aus aktuellem Anlass können sich die Themen 

kurzfristig verändern. 

LeserService 

e-Mail: 

leserservice@oiv.de 

Telefon: 

+ 49 (0) 931 4170-1615 

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11 / 2011

Fernwirken mit dem 

WAGO-Automatisierungssystem 

Versorgungsnetze komfortabel automatisieren 

Die skalierbaren Fernwirksteuerungen aus dem WAGO- 

Automatisierungssystem unterstützen die IEC-Kommunikation 

Fernwirken mit WAGO: 

• Steuerungen übertragen nach IEC 60870-5-101/104, 

IEC 61850 oder IEC 61400 

• Konfigurationstool zum Parametrieren der IEC-Protokolle 

• Skalierbar von der kompakten Fernwirksteuerung bis zum 

leistungsstarken I/O-IPC 

Die Vorteile des WAGO-Automatisierungssystems: 

• Kompakt, flexibel und feldbusunabhängig 

• Vielseitig, mit mehr als 400 verschiedenen I/O-Modulen 

• Programmierbar, mit CoDeSys nach IEC 61131-3 

• Ex-i-Signale direkt integrierbar 

www.wago.com

In der Chemie und Petrochemie werden 

an das technische Equipment höchste 

Anforderungen gestellt: Klimafestigkeit für 

den Einsatz im On- und Offshore-Betrieb, 

hohe Kontakt- und Vibrationsfestigkeit 

sowie schnelle Montage und Handhabung 

zur Verkürzung von Installationsund 

Wartungszeiten sind nur einige 

Herausforderungen. Die Zuverlässigkeit, 

Qualität und das einfache Handling der 

eingesetzten Produkte spielt deshalb eine 

entscheidende Rolle. 

Reihenklemmenprogramm 

von 0,08 -95mm 2 

Zuverlässige Lösungen - approbierte Produkte 

WAGO-Process-Automation 

WAGO-I/O-SYSTEM 

Explosive Umgebung – 

Gelassenheit mit CAGE CLAMP ® 

WAGO-Komponenten, mit der universellen 

CAGE CLAMP ® -Anschlusstechnik, bewähren 

sich im täglichen Einsatz auch unter 

Extrembedingungen. Aktuelle Zulassungen 

für den Einsatz in explosionsgefährdeten 

Bereichen, ausgewählte Kunststoffe und 

Materialien für den Einsatz in aggressiven 

Umgebungsmedien sowie sichere und 

wartungsfreie Anschlusstechnik sind 

Anforderungen, denen sich WAGO seit 

Jahren stellt – mit Sicherheit! 

WAGO-SPEEDWAY, 

modulares I/O-System IP67 

TO-PASS ® -Fernwirkmodul 

und GPRS-Modem 

JUMPFLEX ® 

Messumformer/Relais- und 

Optokopplerbausteine

Stromversorgungen 

WAGO-I/O-IPC

Feldbusunabhängig 

in den Ex-Bereich! 

Das WAGO-I/O-SYSTEM 750 ist sowohl für den Einsatz in nicht 

explosionsgefährdeten als auch in explosionsgefährdeten Bereichen 

der Industrie und des Bergbaus ausgelegt. 

Im industriellen Ex-Bereich kann das WAGO-I/O-SYSTEM 750 

in der Zone 2 / 22 eingesetzt werden und bietet eine sichere, 

einfache und wirtschaftliche Verbindung zur Sensorik und Aktorik 

der Zone 0 / 20 und 1 / 21. 

Die hierfür entwickelten Ex i Busmodule bilden hierbei ein eigensicheres 

Segment, das integriert in einen Standardbusknoten dem 

Anwender sämtliche Vorzüge moderner Feldbustechnik bietet: 

Feldbusunabhängigkeit, Flexibilität, Modularität, IEG 61131-3 Programmierbarkeit, 

Zuverlässigkeit, Wirtschaftlichkeit, etc. 

Zur Verfügung stehen die Ex i Busmodule: Digital NAMUR Eingang, 

Digital Ausgang, Analog Eingang 4-20mA, Analog Eingang 

4-20mA HART, Analog Eingang RTD, Analog Eingang TC, Analog 

Ausgang 0-20mA und die Ex i Einspeisungen 0,5A/1,0A. 

www.wago.com

atp edition Bedienbilder auf Knopfdruck (Vorschau)

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