atp edition Anforderungsanalyse für das integrierte Engineering (Vorschau)

5 / 2012 

54. Jahrgang B3654 

Oldenbourg Industrieverlag 

Automatisierungstechnische Praxis 

Anforderungsanalyse für das 

integrierte Engineering | 28 

Datenkonsistenz mit 

AutomationML herstellen | 36 

Automatisiertes 

Kommunikationsengineering | 44 

Simulationsbasierte 

Steuerungsfunktionstests | 54

EDITORIAL 

Von der Softwareintegration 

zur Interoperabilität 

Das Sprichwort „ Zeit ist Geld“ trifft die derzeitige Situation der Unternehmen 

in der Prozessindustrie besonders gut. Denn Anlagenplaner und Anlagenbetreiber 

stehen heutzutage vor immensen H erausforderungen: Zunehmender 

internationaler Wettbewerb erfordert die Steigerung von Produktivität und 

Qualität. Der dadurch erhöhte Kosten- und Zeitdruck macht eine Parallelisierung 

der Arbeitsabläufe unabdingbar. Erschwerend kommt hinzu, dass den 

erweiterten und strengen gesetzlichen Vorschriften im H inblick auf Sicherheits- 

und Umweltschutzstandards Rechnung getragen werden muss. Zum 

anderen erwarten Kunden maßgeschneiderte Produkte in Top-Qualität zu attraktiven 

Preisen, während die Markteintrittszeiten immer kürzer werden. 

Ein Schlüssel zum Erfolg liegt sicherlich in der vollständigen Integration 

aller Prozessabläufe von Planung, Betrieb und Instandhaltung. Nur wer seine 

Anlage funktionsorientiert betrachtet, und nicht nach Gewerken und Fachdisziplinen, 

ist in der Lage, effiziente Arbeitsabläufe zu etablieren und die Produktivität 

langfristig zu erhöhen. 

Dabei ist jedoch vor allem eins nicht zu vergessen: Der Umgang mit und die 

Qualität von Daten. Denn die Menge digitaler Daten in heutigen Anlagenmanagement-Projekten 

ist beachtlich – mittlerweile ist es nicht ungewöhnlich, 

dass in Industrieanlagen Datenmengen im Terabyte Bereich generiert und 

verwaltet werden müssen. H äufig liegt die Anlagendokumentation jedoch in 

unübersichtlicher Papierform vor und spiegelt nicht den As-built-Zustand der 

Anlage wider, da Veränderungen nur unzureichend oder gar nicht dokumentiert 

wurden. Damit ist ein schneller und produktiver Zugriff auf notwendige 

Daten schlichtweg unmöglich. 

Anlagenplaner und -betreiber versuchen, ihre enormen Datenmengen durch 

den Einsatz von Software-Anwendungen zu managen. Dabei handelt es sich 

jedoch meist um reine Insellösungen, bei denen die eingesetzten Software- 

Systeme nur Teilbereiche einzelner Gewerke oder spezieller Funktionalitäten 

abdecken. 

Gerade deshalb steckt auch in dem Thema Standardisierung noch immer 

jede Menge Optimierungspotenzial. Nur gemeinsame Standards und frei konfigurierbare 

Schnittstellen schaffen die notwendig offene Architektur, welche 

die nahtlose Zusammenarbeit zwischen unterschiedlichen Systemen ermöglicht. 

So gelingt der Brückenschlag von der reinen Softwareintegration zur 

Interoperabilität. 

Festzuhalten bleibt: Integriertes Datenmanagement ist und bleibt H erausforderung 

und Möglichkeit zugleich! 

ANDREAS GEISS, 

Leiter Comos Industry Solutions, 

Siemens Industry Automation 

Division, Nürnberg 

atp edition 

5 / 2012 

3

INHALT 5 / 2012 

VERBAND 

6 | Standardisierung von Informationsschnittstellen: 

Neue Namur-Empfehlungen legen Regeln fest 

Lohn für Strukturreform: VDI ist Verband des J ahres 

BRANCHE 

8 | Neuer GMA-Fachausschuss für Ethernet-basierte Bussysteme 

in der industriellen Automatisierung 

9 | Umsatz und Aufträge im Februar gebremst 

Netzwerken für das Smart Grid 

FORSCHUNG 

10 | Saarbrücker automatisieren das Fingerspitzengefühl bei Robotern 

Sprengstoffanalyse gelingt dank optimierter Raman-Spektroskopie 

nun auch aus großer Distanz 

11 | Tool-Entwicklung und IT-Dienst in der Praxis 

„ Smarter“ Tisch für neue Bedienkonzepte 

SCHWERPUNKT | SENSORIK 

12 | Satter Aufschwung: Markt für Prozess-Sensorik wächst 

bis 2 0 1 6 um rund sechs Prozent pro J ahr 

16 | Planung von Messstellen: Variable Messumformer 

bieten höhere Genauigkeit 

20 | Ausgeklügte Logistiksysteme reduzieren 

H andlingkosten von Verbindungselementen 

22 | Signalaufbereitung in der Druckmesskapsel 

macht Sensoren kleiner und robuster 

4 


5 / 2012

PRAXIS 

24 | Frühzeitige dynamische Simulationen erhöhen Sicherheit 

bei Inbetriebnahme und Betrieb 

HAUPTBEITRÄGE 

28 | Anforderungsanalyse für das integrierte Engineering 

S. BIFFL, R. MORDINYI UND T. MOSER 

36 | Datenkonsistenz mit AutomationML herstellen 

R. DRATH, M. HOERNICKE UND B. SCHRÖTER 

44 | Automatisiertes Kommunikationsengineering 

F. DOHERR, M. STÖSS UND L. URBAS 

54 | Simulationsbasierte Steuerungsfunktionstests 

M. BARTH, A. FAY, J. GREIFENEDER UND P. WEBER 

RUBRIKEN 

3 | Editorial 

4 | Inhalt 

62 | Impressum, Vorschau 


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5

H 

VERBAND 

Standardisierung von Informationsschnittstellen: 

Neue Namur-Empfehlungen legen Regeln fest 

DIE NAMUR- 

EMPFEHLUNG 141 

zielt auf Systeme, 

die Batch- 

Informationen 

austauschen. 

Bild: Namur 

Engineering/ 

Simulations- 

Werkzeuge 

Produktionsfeinplanungssysteme 

PLS/MES mit 

Rezeptur steuerung 

LIMS 

und ERP 

Batch- 

Informationen 

Online 

Batch-KPI- 

Monitore 

Batch- 

Analyse- 

Werkzeuge 

PIMS mit 

Batch-Historie 

Die Namur hat zwei neue Empfehlungen – NE 1 3 9 und 

1 4 1 – veröffentlicht. Die „ NE 1 4 1 Schnittstelle zwischen 

Batch- und MES-Systemen“ definiert Anforderungen 

an die Schnittstelle zwischen Batch-Systemen und MES- 

Lösungen (Manufacturing Execution System) und ergänzt 

damit wesentliche, in der Prozessindustrie bisher fehlende 

Aspekte der Standardisierung. Denn in vielen Vorhaben 

erweist sich bis heute die Einführung dieser Schnittstellen 

als technische H erausforderung. 

Die Anforderungsbeschreibung ist technologieneutral 

formuliert und bewusst nicht für spezifische Kommunikationstechnologien 

ausgelegt. Internationale Standardisierungsarbeiten 

wie IEC 6 1 5 1 2 (ISA S8 8 ), IEC 6 2 2 6 4 (S9 5 ) und 

die davon abgeleiteten Kommunikationsstandards BatchML 

und B2 MML wurden als Basis für die NE 1 4 1 verwendet. 

Der nachhaltigen Integration von Batch-Systemen und 

MES-Lösungen kommt dabei eine besondere Bedeutung 

zu. Die Integration sollte nur über standardisierte, offene 

und systemunabhängige Schnittstellen erfolgen. Bei Bedarf 

können nach dem Muster der NE 1 4 1 auch weitere 

Schnittstellen spezifiziert werden. 

Anlagenbetreibern, aber auch Systemanbietern wird mit 

dieser Empfehlung eine Anforderungsspezifikation zur 

Verfügung gestellt, welche ihnen bei der Auswahl und Entwicklung 

von Schnittstellen zu Batch-Systemen Unterstützung 

bietet. Werden die Vorgaben umgesetzt, ergeben sich 

aufgrund der Schnittstellen-Vereinheitlichung Kosteneinsparungen 

beim Aufbau und der langfristigen Pflege von 

Schnittstellen zwischen unterschiedlichen Systemen zum 

Austausch von Batch-Informationen. 

Die „ NE 1 3 9 Informationsschnittstellen in der Prozessautomatisierung 

– Betriebliche Eigenschaften“ hat einen 

weiter gefassten Ansatz. Denn neben der funktionalen 

Festlegung der einzelnen Schnittstellen ist insbesondere 

ein allgemeines Schema wünschenswert, das es dem Anwender 

erlaubt, die nichtfunktionalen Anforderungen an 

eine Schnittstelle, beispielsweise Anforderungen an die 

Informationssicherheit, die Verfügbarkeit, das Echtzeitverhalten, 

die Übertragungsleistung oder die Fehlersicherheit 

im Einzelfall einfach und einheitlich zu formulieren. 

Die NE 1 3 9 verfolgt zwei Ziele: Erstens formuliert sie 

ein allgemeines Schnittstellenkonzept, das als Grundlage 

für weitere Schnittstellenspezifikationen verwendet werden 

kann und die Arbeit anderer Namur-Arbeitskreise 

und Normungsgremien unterstützt und zweitens definiert 

sie Qualitätsmerkmale, mit denen sich die nichtfunktionalen 

Eigenschaften einer Schnittstelle quantitativ beschreiben 

lassen. Diese Qualitätsmerkmale ermöglichen 

es den Anwendern, in konkreten Projekten Anforderungen 

an die Qualität einer Schnittstelle einfach, standardisiert 

und eindeutig zu formulieren. 

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 

Lohn für Strukturreform: VDI ist Verband des J ahres 

DIE AUSZEICHNUNG 

als Verband des Jahres 

„würdigt die Leistungen 

aller VDI-Mit arbeiter“, 

betont VDI-Direktor 

Dr.-Ing. Willi Fuchs. 

Bild: VDI 

Der VDI ist in der Kategorie „ Reform und Management“ 

zum Verband des J ahres 2 0 1 2 gekürt worden. Die J ury 

der Deutschen Gesellschaft für Verbandsmanagement e.V. 

(DGVM) übergab diesen DGVM Innovation Award „ Verband 

des J ahres 2 0 1 2 “ im Rahmen des 1 3 . Deutschen Verbändekongress 

an VDI-Direktor Dr.-Ing. Willi Fuchs. 

Die DGVM würdigte damit die beispielhafte Umsetzung 

der Umstrukturierung des Vereins Deutscher Ingenieure 

von einer Linien- zu einer Matrixorganisation. Der 

VDI habe durch umfangreiche Re-Strukturierungsmaßnahmen 

eine Corporate Identity aller Beteiligten, in 

aupt- und Ehrenamt, geschaffen und dadurch die Leistungsfähigkeit 

aller Beteiligten deutlich gesteigert. Besonders 

überzeugt zeigte sich die J ury vom zukunftsfähigen 

Konzept, der hohen Veränderungsbereitschaft und der 

herausragenden Führungsqualität des VDI. 

„ Ich freue mich ganz besonders über diese Auszeichnung“ 

, sagte Fuchs nach der Verleihung. „ Sie würdigt die 

Leistungen aller VDI-Mitarbeiter, denn die Umstrukturierung 

unserer Organisation konnte nur mit dem Engagement 

und der Einsatzbereitschaft aller Mitarbeiterinnen 

und Mitarbeiter so erfolgreich umgesetzt werden“ , 

so Fuchs weiter. Diesen Innovationspreis vergibt die 

DGVM seit 1 9 9 7 . 2 0 1 2 wurde die Auszeichnung erstmalig 

in drei Kategorien verliehen. 

VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE E.V., 

VDI-Platz 1, D-40468 Düsseldorf, 

Tel. +49 (0) 211 621 40, Internet: www.vdi.de 

6 


5 / 2012

E20001-F160-M117 

Gewinne optimiert man nicht über 

Nacht. Aber Tag für Tag. 

Realisieren auch Sie das Potenzial energieeffizienter Lösungen 

Knapper werdende Ressourcen, steigende Energiekosten 

sowie immer strengere Umweltauflagen verschärfen den 

Druck auf die Industrie, effizienter als bisher mit Energie 

umzugehen. Und das Potenzial ist riesig. Bis zu 70 % der 

eingesetzten Energie in Industriebetrieben werden allein 

durch elektrische Antriebe und Motoren verbraucht. 

Ob moderne Energiesparmotoren oder innovative Software-Anwendungen 

– wir bieten Ihnen ein umfangreiches 

Portfolio an energieeffizienten Produkten und Lösungen 

sowie umfassendes Energy Consulting. Damit erzielen 

Sie auf Dauer Effizienzgewinne, die Sie immer wieder 

machen. Tag für Tag. 

siemens.de/energieeffizienz

BRANCHE 

Neuer GMA-Fachausschuss für Ethernet-basierte 

Bussysteme in der industriellen Automatisierung 

Mit einem neuen Fachausschuss will die VDI/VDE 

Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik 

(GMA) ein gemeinsames Verständnis und ein angepasstes 

Vorgehensmodell von H erstellern, Systemintegratoren 

und Anwendern erarbeiten, das den zuverlässigen 

Betrieb von Ethernet-Netzwerken in der Automation sicherstellt. 

Der GMA-Fachausschuss „ Zuverlässiger Betrieb 

Ethernet-basierter Bussysteme in der industriellen 

Automatisierung“ soll sich vor allem diesen thematischen 

Schwerpunkten widmen: 

automatisierungsgerechtes Netzwerkmanagement, 

Überwachung der Betriebsbereitschaft, der Topologie, 

der Auslastung und der Leistung des Netzwerkes, 

Nutzung von Redundanzmechanismen zur Erhöhung 

der Ausfallsicherheit, 

Monitoring des Netzwerks zur Erkennung von Verhaltensdivergenzen, 

etwa Ermittlung von Ä nderungen 

gegenüber dem Normalverhalten, 

Diagnose und prädiktive Entscheidungsfindung, 

integrierte, dynamische Netzwerkdokumentation. 

automatisierungsgerechte Planung und Installation 

auf Basis existierender Vorgehensmodelle und Spezifikationen, 

ETHERNET-BASIERTE Kommunikationslösungen 

halten Einzug in die Automatisierungstechnik. 

Ein neuer GMA-Fachausschuss soll Regeln für 

den zuverlässigen Betrieb erarbeiten. Bild: Audi 

Notwendig sei der Fachausschuss, da Ethernet-basierte 

Kommunikationslösungen sich als Ergänzung der Feldbussysteme 

verbreiten. Neben Themen wie Echtzeitfähigkeit 

müsse vor allem der zuverlässige Betrieb gewährleistet 

werden. Dies schließe Konzepte und Lösungen zu 

Redundanz, Diagnose, Safety und Security ein. Zunächst 

soll eine Übersicht und Einordnung von Anforderungen 

und existierenden Lösungen erarbeitet werden, auf deren 

Basis Best-Practice-Lösungen und H andlungsempfehlungen 

sowie ein Technologiekatalog erarbeitet werden. Im 

Bedarfsfall werden eigene Spezifikationen erstellt. 

Die Ergebnisse sollen als VDI/VDE-Richtlinie veröffentlicht 

werden. Experten von Anwendern, Betreibern, Entwicklern 

und H erstellern, bittet die GMA um Mitarbeit. 

Informationen sind in der GMA-Geschäftsstelle erhältlich 

(gma@ vdi.de, Betreff: „ Mitarbeit beim FA Zuverlässiger 

Betrieb Ethernet-basierter Bussysteme“ ). 

VDI/VDE-GESELLSCHAFT MESS- UND 

AUTOMATISIERUNGSTECHNIK (GMA) 

VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE E.V., 

VDI-Platz 1, D-40468 Düsseldorf, 

Tel. +49 (0) 211 621 40, Internet: www.vdi.de 

Informationsmodelle für Middleware in der Automatisierung 

DIE AUSGABE 11 DER ATP EDITION wird 

sich dem Thema Informationsmodelle 

für Middleware in der Automatisierungstechnik 

widmen. Middleware für die Automatisierungstechnik 

ist eine Softwareschicht 

zur Verbindung von Komponenten 

einer automatisierungstechnischen 

Anwendung. 

Generische und spezifische semantisch 

belegte Informationsmodelle dienen dabei 

der Abstraktion und Homogenisierung 

des Daten- und Informationsraums. Sie 

spielen eine wesentliche Rolle bei der Automatisierung 

der Automatisierung, bei 

Cyber-Physical Systems, und bei Systemen 

mit hohen Anforderungen an Adaptierbarkeit 

und Wandelbarkeit. Die wesentliche 

Herausforderung besteht darin, 

Informationsmodelle derart zu gestalten, 

dass sie den Anforderungen der industriellen 

Automatisierung genügen. 

Wir bitten Sie, bis zum 20. Juni 2012 

zu diesem Themenschwerpunkt einen 

gemäß atp-Autorenrichtlinien ausgearbeiteten 

Hauptbeitrag per E-Mail an 

urbas@oiv.de einzureichen. 

Ziel ihres Beitrags sollte der Brückenschlag 

zwischen aktuellen Erkenntnissen 

und Innovationen, methodischen Grundlagen 

und künftigen Anwendungen in der 

industriellen Praxis sein. Ansprechen soll 

Ihr Aufsatz technische Führungskräfte, 

Entscheider und Key Experts der Automatisierungsbranche. 

Alle Beiträge werden 

von einem Fachgremium begutachtet. 

Sollten Sie sich selbst aktiv an dem Begutachtungsprozess 

beteiligen wollen, 

bitten wir um kurze Rückmeldung. Für 

weitere Rückfragen stehen wir Ihnen 

selbstverständlich gerne zur Verfügung. 

Ihre Redaktion der atp edition: 

Leon Urbas, Andreas Schleinkofer, 

Anne Hütter 

CALL FOR 

Aufruf zur Beitragseinreichung 

für Ausgabe 11/2012 

Thema: Informationsmodelle für Middleware 

in der Automatisierungstechnik 

Kontakt: urbas@oiv.de 

Termin: 20. Juni 2012 

8 


5 / 2012

H 

Umsatz und Aufträge 

im Februar gebremst 

Ein gemischtes Bild zeichneten die Auftragseingänge 

der deutschen Elektroindustrie im Februar. Sie blieben 

um knapp zwei Prozent unter dem Wert vom Februar 

2 0 1 1 . Damals stand allerdings ein Plus von fast einem 

Fünftel zu Buche. Im aktuellen Februar sind die Bestellungen 

aus dem Inland um siebeneinhalb Prozent gegenüber 

dem Vorjahr gesunken. Die Auslandsorders haben 

dagegen um vier Prozent zugelegt. 

Von J anuar bis Februar dieses J ahres haben die Auftragseingänge 

ihren Vorjahresstand um dreieinhalb Prozent 

verfehlt. Inländische und ausländische Kunden 

orderten dabei sechs beziehungsweise ein Prozent weniger 

als im gleichen Vorjahreszeitraum. Der Umsatz der 

Branche legte im Februar um drei Prozent auf 1 4 Mrd. 

Euro zu. Im Inland wurde ein Plus von 4 ,5 Prozent auf 

7 ,4 Mrd. Euro erreicht, bei ausländischen Kunden war 

es knapp ein Prozent auf 6 ,6 Mrd. Euro. 

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 

| EC12-09G | 

Robust und kompakt: 

der Embedded-PC mit 

Intel ® Atom . 

Die CX5000-Serie von Beckhoff. 

Netzwerken für 

das Smart Grid 

Ein wichtiger Zukunftsmarkt auch für die Automatisierungstechnik 

können die Smart Grids in der 

Stromversorgung werden. Diesem Thema widmet sich 

der VDE-Kongress „ Smart Grid – Intelligente Energieversorgung 

der Zukunft“ am 5 . und 6 . November 2 0 1 2 in 

Stuttgart. Zum Programm gehören über 1 3 0 Vorträge in 

4 4 Sessions, mehr als 1 0 0 Posterpräsentationen und eine 

Technologie- und Innovationsausstellung. Erwartet werden 

2 0 0 0 Teilnehmer aus dem In- und Ausland. 

Ein Ziel des Kongresses ist, den Austausch zwischen 

allen beteiligten Akteuren zu ermöglichen. Denn den 

Prozess der Energieerzeugung und -verteilung optimal 

zu gestalten erfordert die intensive interdisziplinäre Zusammenarbeit 

von Ingenieuren unterschiedlicher Fachrichtungen 

und Branchen, die bislang oft noch wenige 

Schnittstellen miteinander haben. Struktuiert ist der 

Wissensaustausch in sechs Themenbereiche: Smart 

ome, Intelligentes Lastmanagement, Smart Metering 

und Geschäftsmodelle, Netzinfrastruktur, Smart Grid 

Applications/Services und Gesellschaft und Ressourcen. 

Auf dem e-studentday und der Karrieremesse am 5 . 

November haben Unternehmen die Gelegenheit, sich den 

potentiellen Nachwuchskräften zu präsentieren. Die Veranstalter 

erwarten etwa 6 0 0 Studierende und Nachwuchskräfte. 

Weitere Informationen zum Kongress sind 

zu finden auf www.vde.com/kongress2 0 1 2 . 

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 

IPC 

I/O 

Motion 

Automation 

Halle B1, Stand 308 

www.beckhoff.de/CX5000 

Die Embedded-PC-Serie CX5000 für die Hutschienenmontage: 

Geeignet zum fl exiblen Einsatz als kompakter Industrie-PC oder als 

PC-basierte Steuerung für SPS, Motion Control und Visualisierung: 

Intel ® -Atom-Z530-CPU 1,1 GHz (CX5010) oder 1,6 GHz (CX5020) 

Robustes und kompaktes Magnesiumgehäuse 

Erweiterter Betriebstemperaturbereich von -25…60 °C 

Lüfterlos, ohne rotierende Bauteile (Compact-Flash als Speichermedium) 

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Optionsplatz für serielle oder Feldbus-Schnittstellen 

Integrierte 1-Sekunden-USV 

CX1020/CX1030 

Embedded-PC mit 

Intel ® -Pentium ® - 

M-CPU, 1,8 GHz 

oder Intel ® - 

Celeron ® -M-ULV- 

CPU, 1 GHz 

CX1010 

Embedded-PC 

mit Pentium ® - 

MMX-kompatibler 

CPU, 

500 MHz 

CX9000/CX9010 

Ethernet- 

Controller mit 

Intel ® -IXP420- 

XScale ® -Techno - 

logie, 266 MHz 

oder 533 MHz 

CX8000 

Feldbus Controller 

mit ARM9-CPU, 

400 MHz z.B. für 

PROFIBUS, PROFI- 

NET, EtherCAT und 

Ethernet

H 

FORSCHUNG 

SAARBRÜCKER 

WISSEN- 

SCHAFTLER 

haben eine 

Roboterhand 

entwickelt, die 

so sensibel ist, 

dass sie auch 

ein rohes Ei 

greifen kann, 

ohne es zu 

zerbrechen. 

Foto: Markus Breig/ 

Uni Saarland 

Saarbrücker automatisieren das 

Fingerspitzengefühl bei Robotern 

Forschern aus Italien und Deutschland ist es gelungen, 

einem Roboter so viel Fingerspitzengefühl zu geben, 

dass er ein rohes Ei halten kann. Die neue Feinmotorik 

der Maschinen kann etwa bei Operationen oder industriellen 

Anwendungen genutzt werden. „ Wir wollten unserer 

Roboterhand ein breites Spektrum menschlicher 

Eigenschaften verleihen“ , sagt Chris Mayr, Mechatronik- 

Forscher am Lehrstuhl für Antriebstechnik der Universität 

des Saarlandes. 

Die nun gezeigte Roboterhand ist ein Ergebnis des europaweit 

geförderten Projektes Dexmart. In dessen Rahmen 

hatten die Saarbrücker Forscher gemeinsam mit Kollegen 

aus Bologna und Neapel vier J ahre lang Konzepte 

zum vielseitigen Einsatz zweiarmiger Roboter entwickelt. 

Die H erausforderung bestand darin, die komplexe 

Technik im menschenähnlichen Roboterarm verschwinden 

zu lassen. „ Dies gelang uns über Polymerschnüre, 

die von kleinen, schnell drehenden Elektromotoren verdrillt 

werden. So können wir auf kleinem Raum sehr 

hohe Zugkräfte erzeugen“ , erläutert Mechatronik-Forscher 

May das Vorgehen. Die über Sensoren geregelte 

and kann nun unterschiedliche Gegenstände, wie etwa 

eine schwere Glasflasche oder ein zerbrechliches Ei, greifen, 

anheben und an anderer Stelle wieder ablegen. 

UNIVERSITÄT DES SAARLANDES, 

LEHRSTUHL FÜR ANTRIEBSTECHNIK, 

Campus, D-66123 Saarbrücken, Tel. +49 (0) 681 30 27 16 90, 

Internet: www.lat.uni-saarland.de 

10 

Sprengstoffanalyse gelingt dank optimierter 

Raman-Spektroskopie nun auch aus großer Distanz 

Das Ermitteln von Chemikalien auf große Entfernung 

stellte bislang ein Problem dar. Forscher der TU Wien 

konnten nun die Raman-Spektroskopie so weiter entwickeln, 

dass die Identifikation der Chemikalien über eine 

Distanz von 1 0 0 Metern gelang. 

Die Raman-Spektroskopie ist eine Methode, bei der die 

Probe mit einem Laserstrahl beleuchtet wird. Wird das 

Licht an den Molekülen der Probe gestreut, kann es seine 

Energie ändern. Damit ändert sich die Wellenlänge 

des Lichts und so seine Farbe. Aus der Farb-Zusammensetzung 

des gestreuten Lichts lässt sich ablesen, an welcher 

chemischen Substanz es gestreut wurde. 

Bislang musste man diese Methode in unmittelbarer 

Nähe der vermeintlich gefährlichen Substanz anwenden. 

„ Von hundert Millionen Photonen regen nur wenige 

überhaupt den gewünschten Streuprozess in der 

Probe an“ , erläutert Bernhard Zachhuber, Forscher an 

der TU Wien. Diese gestreuten Lichtteilchen verteilen 

sich gleichmäßig in alle Richtungen. Nur ein winziger 

Bruchteil gelangt von der Probe zum Lichtdetektor. 

Aus diesem schwachen Signal muss möglichst viel 

Information abgelesen werden. Ein leistungsfähiges 

Teleskop und hochempfindliche Lichtsensoren übernehmen 

dies nun. 


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Auch die Schwierigkeit des Messens innerhalb undurchsichtiger 

Container ist geknackt: Der Laserstrahl 

wird zwar am Container gebrochen, dringt teilweise 

aber auch in den Behälter ein. „ Es ist nicht leicht, das 

Lichtsignal des Behälters von dem der Probe im Inneren 

zu unterscheiden“ , so Prof. Dr. Bernhard Lendl vom 

Institut für Chemische Technologien und Analytik der 

TU Wien. 

Dies gelingt nun mit einem einfachen geometrischen 

Trick: Der Laser trifft auf einen kleinen, fokussierten 

Punkt am Container, verbreitert sich dann aber im Inneren 

stark. Das Lichtsignal, das vom Behälter kommt, geht 

also von einem geometrisch eng begrenzten Bereich aus, 

das schwache Lichtsignal des Inhalts wird von einem 

größeren Bereich ausgesandt. Richtet man das Mess-Teleskop 

also nicht genau auf die Laser-Auftreffstelle, sondern 

ein Stück davon weg, misst man das charakteristische 

Lichtsignal des Inhalts. Die Methode kann nun in 

Fragen der öffentlichen Sicherheit oder in der chemischen 

Industrie angewandt werden. 

TECHNISCHE UNIVERSITÄT WIEN, 

Getreidemarkt 9, A-1060 Wien, Tel. +43 1 58 80 10, 

Internet: www.tuwien.ac.at

H 

Tool-Entwicklung und 

IT-Dienst in der Praxis 

Der IT-Dienstleister Cema und die H ochschule Mannheim 

arbeiten derzeit an einem Informatikprojekt rund 

um das Thema „ Cloudbasierte Dienstleistung“ . Unter der 

Leitung von Prof. Dr. Wolfgang Schramm widmen sich 3 0 

Bachelorstudenten des Informatikinstituts während des 

Praxissemesters diesem Projekt. Dabei geht es um die 

Standardisierung bei Implementierungsaufgaben im Bereich 

IT-Dienstleistung mit H ilfe der Cloud-Technologie. 

Aufgaben wie das Einrichten von Servern oder die Implementierung 

von Virenschutz sind meist in ihren Abläufen 

identisch, unterscheiden sich aber durch individuelle 

Kundenwünsche. Verschiedene Prozesse dieser Aufgaben 

werden toolgestützt oder manuell bearbeitet. Dies ist zeitaufwendig 

und fehleranfällig. Eine einfache Lösung verspricht 

die Cloud, ein digitaler Datenspeicher. Die Aufgabe 

der Nachwuchsinformatiker ist es nun, ein „ Self Service 

Portal“ einzurichten, das die Initialisierung solcher 

IT-Dienstleistungen wesentlich vereinfachen soll. 

Erste Ergebnisse liegen voraussichtlich Ende J uni vor. 

Die Studenten erhalten nach sorgfältiger Prüfung eine 

Bewertung von Cema. Die entwickelten Tools sollen 

dann in der Praxis zum Einsatz kommen. 

„ Die besondere H erausforderung dieses Projektes ergibt 

sich aus den vielfältigen H ard- und Softwaresystemen, die 

eingesetzt werden. Wir freuen uns auf das Projekt, da wir 

erstmals nicht ausschließlich Software entwickeln sondern 

uns auch mit der Konzeption von IT-Dienstleistungen auseinandersetzen“ 

, sagt H ochschul-Projektleiter Schramm. 

HOCHSCHULE MANNHEIM, INSTITUT FÜR INFORMATIK, 

Paul-Wittsack-Straße 10, D-68163 Mannheim, 

Tel. +49 (0) 6212 92 61 11, 

Internet: www.informatik.hs-mannheim.de 

„ Smarter“ Tisch für 

neue Bedienkonzepte 

Kognitive Belastungen und physiologische Gefahren der 

„ Multitouch“ -Bedienung ermitteln Forscher an der 

ochschule Rhein-Waal nun mithilfe eines speziellen Tisches. 

Seit Kurzem verfügt die dortige Fakultät für Kommunikation 

und Umwelt über einen „ Microsoft Surface 2 “ , ein 

interaktiver Tisch mit berührungsintensiver Eingabe. Neben 

den gewöhnlichen „ Touch“ -Funktionen sind komplexere 

Eingaben möglich, etwa mithilfe von Gegenständen. Außerdem 

können ihn beliebig viele Finger oder H ände bedienen. 

Auch Gegenstände, sogenannte „ Tangibles“ , erkennt das 

Gerät. Sie dienen als Repräsentanten für digitale Information. 

Die Studenten der H ochschule Rhein-Waal unter der 

Leitung von Prof. Dr. Karsten Nebe sollen dank des „ Microsoft 

Surface 2 “ nun die Möglichkeit erhalten, Bedientechnologien 

praxisnah zu analysieren und die Entwicklung 

zielgerichtet und nutzerfreundlich voranzutreiben. 

HOCHSCHULE RHEIN-WAAL, 

Landwehr 4, D-47533 Kleve, Tel. +49 (0) 2821 80 67 30, 

Internet: www.hochschule-rhein-waal.de 

iTEMP 

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Temperaturmesstechnik. 

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oder 0 800 348 37 87 

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Sicherheit beginnt mit 

der Produktauswahl 

Endress+Hauser unterstützt seine Kunden 

mit einem umfänglichen und exzellenten 

Produktportfolio zur Temperaturmessung. 

 

Langzeitstabilität und Prozesssicherheit 

 

Messkette geben Planungssicherheit 

 

rantiert eine einfache und zeitsparende


Satter Aufschwung: Markt für Prozess-Sensorik 

wächst bis 2 0 1 6 um rund sechs Prozent pro J ahr 

Studie erläutert Analysen und Prognosen für die Zukunft der Sensorik 

Die deutsche Sensorikindustrie zeigt sich optimistisch. 

Anlagenmodernisierung, neue Richtlinien 

und Ausbau der bestehenden Infrastruktur lassen 

die Umsatzzahlen wachsen. Dies ergab eine Studie 

des Baseler Consultingunternehmens Intechno Consulting 

(„ Sensors Markets 2 0 1 6 “ ). Der englischsprachige 

Report umfasst die Analyse und Prognose 

des gesamten Weltmarktes für Sensoren, wobei die 

Prozessindustrie einen von mehreren Schwerpunkten 

darstellt. In diesem Industriesektor stiegen die 

Sensorik-Umsätze von 8 0 7 Millionen Euro (2 0 0 6 ) auf 

9 7 5 Mio im J ahre 2 0 1 1 . Die Milliardenmarke wird, laut 

Prognose der Studie, voraussichtlich 2 0 1 6 geknackt. 

Auf bis zu 1 ,3 Milliarden Euro beläuft sich die Schätzung. 

Dies entspricht einer durchschnittlichen jährlichen 

Wachstumsrate von 3 ,8 % zwischen 2 0 0 6 und 

2 0 1 1 . Wohingegen ein Wachstum von 5 ,9 % im Zeitraum 

von 2 0 1 1 bis 2 0 1 6 erwartet wird. Das durch- 

DEUTSCHLAND: 

PROZESSINDUSTRIEN 

2006 

Mio. Euro 

2011 

Mio. Euro 

2016 

Mio. Euro 

DEUTSCHLAND: 

PROZESSINDUSTRIEN 

2006 

Mio. Euro 

2011 

Mio. Euro 

2016 

Mio. Euro 

1. Bergbau 

• Endanwender Direktbezug 

• OEM-Bedarf – In-/Ausland 

26,0 

6,2 

19,9 

30,9 

6,1 

24,9 

42,2 

6,2 

36,1 

1. Bergbau 


• OEM-Bedarf für Inland 

11,9 

6,2 

5,7 

11,6 

6,1 

5,6 

11,8 

6,2 

5,7 

2. Öl & Gas 



24,3 

2,2 

22,1 

32,5 

2,4 

30,1 

48,5 

2,8 

45,7 

2. Öl & Gas 



4,8 

2,2 

2,6 

5,2 

2,4 

2,8 

6,2 

2,8 

3,4 

3. Steine & Erden 



36,9 

12,1 

24,8 

42,0 

12,7 

29,2 

51,2 

14,4 

36,8 

3. Steine & Erden 



20,2 

12,1 

8,1 

21,2 

12,7 

8,5 

24,1 

14,4 

9,6 

4. Metallerzeugung 



92,1 

15,1 

77,0 

116,3 

16,1 

100,3 

163,2 

18,3 

145,0 

4. Metallerzeugung 



33,0 

15,1 

18,0 

35,3 

16,1 

19,2 

40,1 

18,3 

21,8 

5. Chemische Industrie 



253,1 

93,2 

159,9 

285,6 

100,7 

184,9 

353,9 

118,4 

235,5 

5. Chemische Industrie 



185,9 

93,2 

92,7 

200,8 

100,7 

100,2 

236,3 

118,4 

117,9 

6. Pharmaindustrie 


• OEM-Bedarf total 

48,0 

13,5 

34,5 

63,0 

16,6 

46,5 

83,8 

20,0 

63,8 

6. Pharmaindustrie 



38,4 

13,5 

24,9 

47,3 

16,6 

30,7 

57,1 

20,0 

37,1 

7. Petroindustrie 



122,6 

30,5 

92,1 

153,3 

32,3 

121,0 

205,5 

36,5 

169,0 

7. Petroindustrie 



65,1 

30,5 

34,6 

69,1 

32,3 

36,7 

77,9 

36,5 

41,4 

8. Papierindustrie 



30,2 

10,1 

20,1 

33,2 

10,3 

22,9 

38,6 

11,0 

27,7 

8. Papierindustrie 



20,1 

10,1 

10,0 

20,5 

10,3 

10,2 

21,8 

11,0 

10,9 

9. Nahrungsmittelindustrie 



66,2 

14,9 

51,3 

77,1 

16,6 

60,6 

95,1 

18,8 

76,3 

9. Nahrungsmittelindustrie 



43,1 

14,9 

28,2 

48,0 

16,6 

31,4 

54,4 

18,8 

35,6 

10. Kraftwerke 



107,9 

23,3 

84,5 

141,5 

28,2 

113,3 

219,7 

41,5 

178,2 

10. Kraftwerke 



50,6 

23,3 

27,3 

61,2 

28,2 

33,0 

90,1 

41,5 

48,6 

TOTAL 



807,2 

221,0 

586,2 

975,4 

241,9 

733,5 

1.301,9 

287,9 

1.014,0 

TOTAL 



473,2 

221,0 

252,2 

520,3 

241,9 

278,3 

619,8 

287,9 

331,9 

TABELLE 1: Analyse und Prognose des deutschen 

Sensormarktes in den Prozessindustrien nach Art der 

Prozessindustrie: End anwender-Direktbedarf und 

OEM-Bedarf für In- und Ausland 

TABELLE 2: Analyse und Prognose des deutschen 

Sensormarktes in den Prozessindustrien nach Art der 

Prozessindustrie: Endanwender-Direktbedarf und 

OEM-Bedarf nur für Inland 

12 


5 / 2012

schnittliche jährliche Wachstum für den Gesamtzeitraum 

beträgt demnach 4 ,9 % . 

WELCHE BEREICHE DER 

PROZESSINDUSTRIE BEFRAGT WURDEN 

Die im Report diskutierten prozesstechnischen Industrien 

umfassen die verfahrenstechnisch orientierten 

Industrien bis zu den Kraftwerken. Dazu gehören die 

Sektoren Steine und Erden inklusive Glas- und Keramikindustrie, 

die Eisen-, Stahl- und die NE-Metallerzeugung 

einschließlich der Walzwerke für Stahl- und 

Aluminiumbleche. Ergänzt werden sie durch die chemische 

Industrie, die Pharma- und Petroindustrie, die 

Papierindustrie sowie die Nahrungsmittelindustrie. 

Ebenfalls abgedeckt werden der Bergbau und die Ö l- 

und Gasindustrie mit allen Prozessen von der Förderung 

über den Transport bis hin zur Aufbereitung der 

Mineralien. 

J ede dieser Branchen stellt unterschiedliche Anforderungen 

an die zu automatisierenden Prozesse und Einrichtungen. 

Auch die Trinkwasserversorgung, Kläranlagen 

und Müllverbrennungsanlagen deckte die Marktanalyse 

ab. In den Zahlen der Tabellen sind diese Industrien 

nicht berücksichtigt. 

Innerhalb der diversen Prozessindustrien gibt es wiederum 

vielfältige Anwendungen für die verschiedenen 

Arten von Sensoren. Diese Anwendungen betreffen sowohl 

Kern- als auch Nebenprozesse. Letztere umfassen 

neben Abfüllanlagen und Verpackungsmaschinen die 

verschiedenen Arten von Lagertechniken, Versorgungseinrichtungen 

sowie Umweltprozesse innerhalb der oben 

aufgeführten Prozessindustrien. 

STEIGENDE ZAHL VON GESETZEN LÄSST 

SENSORIK-BEDARF ANWACHSEN 

Tabelle 1 gibt die Zusammenfassung der deutschen Marktentwicklung 

bei Sensoren innerhalb der diversen Prozessindustrien. 

Es handelt sich um eine Ist-Analyse der J ahre 

2 0 0 6 und 2 0 1 1 und eine Prognose zum Stand im J ahr 2 0 1 6 . 

Die Tabelle beschreibt den direkten Bedarf der deutschen 

Endanwender, zusammen mit von deutschen Anlagenbauern 

für das In- und Ausland nachgefragten Sensoren. 

Demgegenüber ist in Tabelle 2 der Bedarf ausschließlich 

deutscher Endanwender an Sensoren dargestellt, die diese 

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5 / 2012 

13


DEUTSCHLAND: 

SENSORARTEN 

2006 

Mio. Euro 

2011 

Mio. Euro 

2016 

Mio. Euro 

1. Temperatursensoren 112,2 139,2 187,8 

2. Wärmesensoren 4,5 5,7 7,8 

3. Drucksensoren 88,3 109,5 147,8 

4. Durchflusssensoren 208,5 257,0 340,0 

5. Anemometer, Windrichtung 4,0 5,5 9,1 

6. Füllstandssensoren 134,0 144,9 189,2 

7. Binäre Positionssensoren 28,0 34,6 47,0 

8. Positionssensoren 26,4 33,6 48,3 

9. Dickensensoren 1,1 1,2 1,7 

10. Abstandssensoren 0,7 0,9 1,4 

11. Bewegungssensoren 0,7 1,0 1,4 

12. Drehzahlsensoren 14,0 16,7 21,8 

13. Vibrationssensoren 16,7 20,6 28,2 

14. Kraftsensoren, Wägezellen 24,4 28,4 35,3 

15. Drehmomentsensoren 2,6 3,1 4,2 

16. Navigationssensoren 0,4 0,5 0,6 

17. Akustische Sensoren 5,8 7,3 10,0 

18. Photosensoren: Visible, IR, UV 4,6 5,5 6,7 

19. Kameras: sichtbares Spektrum 8,5 9,9 12,4 

20. Kameras: Infrarot-Spektrum 2,3 2,7 3,6 

21. Barcodescanner 0,5 0,4 0,4 

22. RFID-Lesegeräte 0,0 0,1 0,2 

23. Elektrische Stromsensoren 7,5 10,0 16,1 

24. Elektrische Spannungssensoren 4,5 6,0 9,8 

25. AMR Stromzähler 9,7 11,9 15,9 

26. Qualitätssensoren: Feststoffe 3,7 4,7 6,8 

27. Qualitätssensoren: Flüssigkeiten 4,3 5,3 7,4 

28. Viskositätssensoren 3,2 3,8 4,7 

29. Partikelsensoren 3,0 3,5 4,2 

30. Feuchtesensoren 16,2 18,6 22,8 

31. Flüssigkeits-Chemosensoren 25,1 30,1 37,7 

32. Gassensoren 30,7 38,7 52,0 

33. Biosensoren 1,6 2,0 2,6 

34. Rauchgasmelder 9,6 12,3 16,9 

TOTAL 807,2 975,4 1.301,9 

TABELLE 3: Analyse und Prognose des deutschen Sensormarktes 

in den Prozessindustrien nach Art der Sensoren: Endanwender- 

Direktbedarf und OEM-Bedarf für In- und Ausland 

direkt von den Sensorherstellern oder indirekt über die Anlagenbauer 

beziehen. Dieser Markt ist kleiner als der in Tabelle 

1 dargestellte Bedarf und wächst von 4 7 3 Millionen 

Euro im J ahr 2 0 0 6 auf 5 2 0 Millionen. Euro im J ahr 2 0 1 1 und 

auf voraussichtlich 6 2 0 Millionen Euro bis zum J ahr 2 0 1 6 . 

In Tabelle 3 wiederum ist der Sensorbedarf nach Sensorarten 

aufgeführt, welche seitens der deutschen Endanwender 

(Betreiberfirmen) nachgefragt werden, zusammen mit 

den von deutschen prozesstechnischen Anlagenbauern für 

die inländischen und ausländischen Kunden nachgefragten 

Sensoren. Die Prozessindustrien im engeren Sinne 

(Chemieindustrie, Pharmaindustrie, Petroindustrie, Nahrungsmittelindustrie) 

bilden den größten Nachfragesektor, 

gefolgt von den Grundstoffindustrien (Steine und Erden, 

Metallerzeugung, Zellstoff- und Papierindustrie) und den 

Kraftwerken. Der Rohstoffsektor (Bergbau, Ö l- und Gasgewinnung) 

stellt in Deutschland das kleinste Nachfragesegment 

dar (Bild 1 ). 

Die Ursachen für den zunehmenden Einsatz von Sensoren 

innerhalb der Prozessindustrien liegen im steigenden Automatisierungsgrad 

der Anlagen. Von den Anlagen werden 

höhere Verfügbarkeit, stärkere Produktivität, Ressourceneffizienz 

und aktuelle Sicherheitsstandards erwartet. Anhand 

dieser Anforderungen, die gleichzeitig indirekt Wachstumsfaktoren 

bilden, wächst der Bedarf an Sensoren in etwa 

proportional zum Anstieg des Automatisierungsbedarfs. 

Die steigende Zahl von Gesetzen, Vorschriften und Verordnungen 

machen gleichzeitig einen verstärkten Einsatz 

von Sensoren nötig. Auch der zunehmende Bedarf an regelmäßiger 

und permanenter Zustandsüberwachung (Condition 

Monitoring) von Maschinen und Anlagen lässt die 

Nachfrage der Prozessindustrie nach Sensoren sprießen. 

Speziell in Deutschland wird die Ausbreitung der Sensorik 

in den Prozessindustrien durch den Modernisierungsbedarf 

der Anlagen bewirkt. Ebenso spielen Erweiterungsund 

Neuinvestitionen eine bedeutende Rolle. 

WAS ANLAGENBAUER WIRKLICH BENÖTIGEN 

Vor allem die Prozessindustrien verlangen nach Sensoren, 

welche unter rauen Umgebungsbedingungen funktionieren. 

H ierzu gehören Sensoren, die starken Vibrationen und 

Schocks standhalten, die gegen aggressive Flüssigkeiten 

immun sind, die hohen Temperaturen und Drücken standhalten 

sowie den modernsten H ygienevorschriften innerhalb 

der Pharma- und Nahrungsmittelindustrien entsprechen. 

Die Innovationen in diesem Bereich liegen in fortschrittlichen 

Gehäusetechniken und Materialien. 

Busfähige und drahtlos kommunizierende Sensoren 

gewinnen in den Prozessindustrien an Bedeutung. Beispiele 

sind bei räumlich weit verteilten Anlagen sowie 

bei der zustandsbedingten Überwachung (Condition- 

Based Monitoring) von rotierenden Maschinen zu finden. 

Solche Funksensoren benötigen eine Batterie, die sich 

in Zukunft allerdings zunehmend durch das Einführen 

von „ Energy H arvesting“ -Konzepten eliminieren lässt. 

Dabei gewinnt der Sensor die Energie unmittelbar aus 

der Umgebung (Bewegungswandler, Thermowandler, 

Vibrationswandler, Lichtwandler). 

Bei immer kürzer werdenden Produktzyklen sind Innovationen 

gefragt, um im Wettbewerb bestehen und Wachs- 

14 


5 / 2012

800 

700 

Mio. Euro 

600 

2011 

2016 

500 

400 

300 

200 

100 

0 

Rohstoffe Grundstoffe Prozessindustrien 

i.e.S. 

Kraftwerke 

UMSÄTZE: 

Entwicklung des 

deutschen Marktes für 

Prozess sensoren bis 

2016 – Unterteilung 

nach Branchen. 

Quelle: Intechno Consulting 

tumsziele erreichen zu können. Innovative Ideen entstehen 

oft zufällig, doch sollte deren Management systematisch 

und strategisch ausgerichtet sein. „ Forschen im intelligenten 

Schwarm“ (Crowd Sourcing) könnte ein neuer, effizienter 

und zugleich kostengünstiger Ansatz sein, um Ideen 

systematisch zu generieren. Dies sollte aber im Rahmen 

eines strategischen Ansatzes geschehen. Dabei werden externe 

Partner in firmeninterne Prozesse eingebunden, um 

innovative Ideen zu generieren. Die Umsetzung dieser Ideen 

in marktfähige Produkte und Dienstleistungen obliegt 

Innovationsmanagern. Das Erstellen von Roadmaps ist ein 

viel versprechender Ansatz im Rahmen des strategischen 

Marketings. H iermit lässt sich die Markteinführung neuer 

Technologien gezielt und effizient gestalten. 

AUTOR 

Dr. NORBERT SCHRÖDER 

ist Mit-Autor der Studie 

und Geschäftsführer von 

Intechno Consulting. 

Intechno Consulting, 

Steinenbachgaesslein 49, CH-4051 Basel (Schweiz), 

Tel. +41 61 281 18 30, 

E-Mail: nschroeder@intechnoconsulting.com, 

Internet: www.intechnoconsulting.com 


5 / 2012 

15


Planung von Messstellen: Variable 

Messumformer bieten höhere Genauigkeit 

Temperaturfühler sicher, effizient und kostenoptimiert in Anlagen integrieren 

FLEXIBEL: Die universellen 

Temperaturmessumformer 

Macx Analog bieten sich für viele 

Bereiche der Prozesstechnik an 

Die Temperaturmessung gehört in der Prozess- und 

Automatisierungstechnik zu den wesentlichen physikalischen 

Größen. Ganz gleich ob Anlagenüberwachung 

oder Realisierung schwieriger Prozessabläufe: 

Die exakte Erfassung der Temperatur stellt für den Planer 

eine H erausforderung dar. Denn Prozess- und Reaktionsgeschwindigkeiten, 

Materialverbrauch, Ertrag 

sowie Produkteigenschaften und -qualität hängen von 

der Genauigkeit, Schnelligkeit und Zuverlässigkeit ab, 

mit der die Temperaturen aufgenommen werden. 

Die Temperatur hat einen entscheidenden Einfluss auf 

den Prozesswirkungsgrad, den Energieverbrauch und 

andere Prozessparameter. Auch die Lebensdauer von 

Maschinen, Anlagen und Geräten resultiert unter anderem 

aus den jeweiligen Temperaturbedingungen. In 

vielen Industriebereichen geht es vor allem darum, die 

Informationen aus den verlässlichen Temperaturmessungen 

für Steuer- und Regelfunktionen nutzen zu können. 

Gestiegene Anforderungen an die Messgenauigkeit 

und Zuverlässigkeit von industriellen Temperaturmessungen 

führten in der Vergangenheit dazu, dass Anlagenbetreiber 

die Eignung und Leistungsfähigkeit ihrer 

Messeinrichtungen überprüfen mussten. 

WEITERENTWICKELTE AUSWERTEELEKTRONIK 

Zur industriellen Temperaturmessung werden zumeist Widerstandsthermometer 

und Thermoelemente verwendet. 

Mit den beiden Fühlerarten lassen sich nahezu alle Messanforderungen 

im industriellen Alltag umsetzen. Widerstandsthermometer, 

in ihren Messeigenschaften genauer 

und stabiler, werden im Bereich von -2 0 0 ° C bis 8 5 0 ° C eingesetzt. 

Thermoelemente, deren Nutzungsbandbreite zwischen 

-2 5 0 ° C und 3 0 0 0 ° C liegt, gelten als robust und vielseitig. 

Beide Sensoren haben gemein, dass die elektrischen 

Ausgangsgrößen relativ einfach für Mess- und Regeleinrichtungen 

zur Verfügung gestellt werden können. 

Die Fühler bewährten sich aufgrund der Toleranzen 

in der H erstellung sowie ihres einfachen Austausches 

im Fehlerfall. Die Auswerteelektronik ist ebenfalls weiterentwickelt 

worden. Durch die Verwendung digitaler 

und intelligenter Messumformer bietet sie zusätzliche 

Möglichkeiten. Die Signalwandlung, Filterung, sichere 

galvanische Trennung und genaue Aufbereitung der 

Messwerte sind bereits in moderne Wandler integriert. 

Zu den anderen Neuerungen zählen die erweiterte Diagnose 

sowie die Erkennung von Fehlern wie Fühlerbruch 

oder Kurzschluss. 

THERMOELEMENTE VS. WIDERSTANDSTHERMOMETER 

Neben zahlreichen Vorteilen weisen Thermoelemente 

Nachteile auf. Dazu gehören unvermeidbare metallurgische 

Inhomogenitäten in den Thermodrähten, welche 

einen direkten Einfluss auf die erreichbare Genauigkeit 

und Langzeitstabilität der Fühler hat. Außerdem zeichnen 

sich Thermopaare durch nichtlineares Temperatur-/ 

Spannungsverhältnis aus und zeigen H ysterese-Erscheinungen. 

Nicht zu vergessen die zusätzlichen Kosten für 

Thermo- und Ausgleichsleitungen, die Notwendigkeit 

einer Vergleichsstelle sowie das relativ schwache Ausgangssignal. 

Im Vergleich zu Thermoelementen sind 

16 


5 / 2012

BILD 1: Eine Möglichkeit 

der SIL-Einstufung 

bietet der Risikograph. 

Widerstandsthermometer genauer und stabiler und erlauben 

eine bessere Auflösung. Die Sensoren ermöglichen 

derzeit die beste erreichbare Messgenauigkeit mit 

elektrischen Temperaturfühlern, können allerdings nur 

in einem begrenzten Temperaturbereich eingesetzt werden, 

während aus Sonderlegierungen gefertigte Thermoelemente 

bis zu 3 0 0 0 ° C erfassen. 

Die Widerstandsthermometer messen im Gegensatz 

zur punktförmigen Messspitze der Thermoelemente 

über das gesamte Volumen des Messwiderstands. Die 

Sensoren sind ferner weniger robust und haben ein langsameres 

Antwortverhalten als Thermoelemente. Für 

Widerstandsthermometer ist eine Stromquelle erforderlich 

und bei der Konstruktion und Installation muss der 

Selbsterwärmungseffekt berücksichtigt werden. 

Widerstandsthermometer sind zwei- bis dreimal so 

teuer wie vergleichbare Thermoelemente. J edoch verringern 

die modernen Dünnschichtsensoren den Leistungsunterschied 

zwischen den beiden Sensortypen 

kontinuierlich. 

EXPLOSIONEN VERHINDERN 

Temperaturmessumformer bilden die Schnittstelle zwischen 

dem Prozess und dem Prozessleit- oder Auswertesystem. 

In explosionsgefährdeten Bereichen müssen 

zum Schutz von Personen und Einrichtungen die Atex- 

Richtlinie 9 4 /9 /EG und damit die jeweiligen Bedingungen 

der entsprechenden Zündschutzart eingehalten 

werden. Ziel ist die Absicherung von Bereichen mit 

gefährlicher brennbarer Atmosphäre vor Zündquellen, 

um eine Explosion zu verhindern. Aktuell werden in 

den Prozessanlagen vorrangig eigensichere Geräte verbaut. 

Die elektrische Energie wird also limitiert, sodass 

kein zündfähiger Funke entstehen kann. Der Anwender 

muss die Sicherheitskennwerte untersuchen und überprüfen, 

ob eine Zusammenschaltung der einzelnen 

Komponenten möglich ist. 

Eine weitere H erausforderung bei der Auswahl des 

passenden Temperaturmessumformers stellen sicherheitskritische 

Applikationen gemäß der internationalen 

Norm IEC 6 1 5 0 8 /6 1 5 1 1 dar. Sicherheitskritisch bedeutet, 

dass bei einem technischen Versagen des Gerätes 

oder des gesamten Sicherheitskreises ein Störfall eintreten 

kann, der einen Schaden an Personen, Umwelt 

oder Anlagen nach sich zieht. 

Um dies zu unterbinden, wird mithilfe unterschiedlicher 

Methoden wie H AZOP (H azard and Operability), 

Risikograph oder LOPA (Layer of Protection Analysis) 

die Risikobeurteilung durchgeführt (Bild 1 ). Die 

Sicherheitsbetrachtung macht das Gesamtrisiko der 

Anlage oder des Sicherheitskreises deutlich respektive 

quantifizierbar und führt anschließend bei Verwendung 

der richtigen Komponenten zu einer hinreichenden 

Risikoreduzierung. SIL-Anforderungen schränken 

die Auswahl an potentiell nutzbaren Temperaturmessumformern 

ein. Für die Prozesstechnik werden ausschließlich 

4 -2 0 mA-Geräte nach SIL zertifiziert. Dabei 

beschränkt sich die SIL-Betrachtung auf das 4 -2 0 mA- 

Ausgangssignal, die Messwertausgabe via H art-Protokoll 

wird nicht beachtet. 


5 / 2012 

17


BILD 2: Der PFD-Wert des zu erreichenden SIL teilt 

sich auf die verschiedenen verwendeten Geräte auf. 

BILD 3: Beispielhafter Einsatz der Messumformer 

zur Temperaturüberwachung. Bilder: Phoenix Contact 

PASSENDE TEMPERATURMESSUMFORMER FINDEN 

Nachdem der Anlagenplaner die Risikobetrachtung abgeschlossen 

und eine SIL-Klassifizierung vorgenommen 

hat, benötigt er für den ermittelten SIL einen entsprechenden 

Messumformer. In diesem Zusammenhang sind folgende 

Fragen zu beantworten: 

Ist der Temperaturmessumformer für die SIL-Anwendung 

geeignet? 

Für welchen SIL kann der Messumformer maximal 

eingesetzt werden (SIL-Fähigkeit)? 

Welche H ardware-Fehlertoleranz (H FT) hat das Gerät? 

Ist der Aufbau redundanter Systeme möglich? 

Liegen die Werte für SFF (Safe Failure Fraction – 

Anteil an ungefährlichen Fehlern) und PFD (Probability 

of Failures on Demand – Wahrscheinlichkeit 

eines gefährlichen Fehlers bei Anforderung der 

Sicherheitsfunktion) vor? 

In welchem zeitlichen Abstand sind die wiederkehrenden 

Funktionsprüfungen vorzunehmen? 

Die komplette sicherheitstechnische Funktion (SIF – Safety 

Instrumented Function) umfasst den Sensor, die Logikeinheit 

und den Aktor. Der zugehörige PFD-Wert des 

zu erreichenden SIL wird aufgeteilt in 3 5 Prozent für den 

Sensor, 1 5 Prozent für die Logikeinheit und 5 0 Prozent 

für den Aktor (Bild 2 ). Erst wenn die strukturelle Eignung 

(H FT und SFF) der gesamten Sicherheitsfunktion erfüllt 

ist, wird der PFD berechnet. 

Aus der Addition der einzelnen PFD-Werte aller im 

Sicherheitskreis verwendeten Komponenten ergibt sich 

der Gesamt-PFD. Dieser Wert ist mit dem zuvor gewählten 

SIL und den Normwerten aus der IEC 6 1 5 1 1 zu vergleichen. 

Werden die für den SIL notwendigen Werte 

nicht erzielt, muss der Planer entweder zusätzliche 

bauliche Maßnahmen umsetzen, seine Systeme redundant 

auslegen oder andere geeignete Maßnahmen ergreifen, 

um sein Anlagenrisiko weiter zu reduzieren. 

Die erforderlichen Daten werden von den H erstellern 

in Form von Datenblättern, Zertifikaten oder einem Sicherheitshandbuch 

zur Verfügung gestellt. 

FAZIT 

Im Spezialmaschinenbau müssen häufig Sondersignale 

erfasst und verarbeitet werden, die sich nicht mit Standardsensoren 

wie PT1 0 0 oder Typ-J /K-Thermoelementen realisieren 

lassen. Ferner wird eine höhere Genauigkeit verlangt. 

H ier bieten sich hochfunktionale Messumformer an. 

Ein weiterer Einsatzbereich der Geräte findet sich in der 

Stahlindustrie zur Überwachung der Temperatur von Kühlmitteln 

durch PT1 0 0 -Sensoren. H ochofen-Temperaturen 

werden hingegen mit Thermoelementen aufgenommen. Dabei 

ist eine hochwertige galvanische Trennung notwendig, 

um Ausgleichsströmen sowie Messwert-Verfälschungen 

aufgrund von Erdschleifen vorzubeugen. Da die universellen 

Temperaturmessumformer für eine Vielzahl von Sensortypen 

genutzt werden können, vereinfacht sich die Inbetriebnahme 

und der Aufwand für die Ersatzteilhaltung sinkt. 

Ein weiteres Anwendungsgebiet liegt im Bereich der Zementindustrie, 

wo Thermoelemente die Brenntemperaturen 

erfassen. Speziell in der klassischen Prozesstechnik 

– also Chemie, Ö l und Gas – eröffnet die SIL-Klassifizierung 

und Ex-Zulassung der Geräte interessante Verwendungsmöglichkeiten 

(Bild 3 ). 

AUTOR 

Dipl.-Ing. WILFRIED GROTE 

arbeitet im Bereich Produktmarketing 

MCR Analog und 

Ex bei der Phoenix Contact 

Electronics GmbH in Bad 

Pyrmont. 

Phoenix Contact Electronics GmbH, 

Dringenauer Str. 30, 

D-31812 Bad Pyrmont, 

Tel. +49 (0) 5281 94 60, 

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18 


5 / 2012

M 

M 

Automatisierung 

auf den Punkt 

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ünchen

H 


Ausgeklügte Logistiksysteme reduzieren 

H andlingkosten von Verbindungselementen 

Schraubenhersteller Reyher setzt für neue Logistik Sensoren von Leuze electronic ein 

ARBEITSPLATZ im Bereich Behälterkommissionierung 

KONTURENKONTROLLE im Wareneingang 

BARCODELESUNG 

mit BCL 34 und 

Konturenkontrolle 

mit Lichtschranken 

der Baureihe BR 46 

im Wareneingang 

THOMAS LUDWIG 

von U.C.S. Industrieelektronik 

GmbH 

(links) und 

KLAUS MUNDT, 

technischer Leiter 

bei Reyher (rechts) 

Am Firmensitz in H amburg bewältigt das H andelshaus 

Reyher täglich einen Materialumschlag von 

mehreren hundert Tonnen für Kunden rund um den 

Globus. Der H andel mit Verbindungselementen und Befestigungsteilen 

ist geprägt von überproportional hohen 

Beschaffungs- und H andlingkosten im Vergleich zum 

eigentlichen Warenwert. Aus diesem Grund werden bei 

Reyher ausgeklügelte Logistiksysteme mit sehr hohem 

Automatisierungsgrad eingesetzt, stetig weiterentwickelt 

und ausgebaut. 

„ Die Automatisierung macht unsere Prozesse effizienter 

und fehlerfreier“ , so Klaus Mundt, technischer Leiter. 

Er misst die Leistungsfähigkeit der Anlage in puncto 

Materialumschlag anhand von Geschwindigkeit, Lieferflexibilität, 

Lieferqualität und Fehlerfreiheit. 

Beim Stichwort Fehlerfreiheit im Lager- und Logistikbereich 

kommen die Sensoren von Leuze electronic ins 

Spiel: „ Täglich über 1 5 0 0 0 verschiedene Produkte auszuliefern 

bedeutet, über 1 5 0 0 0 Behälter, Kisten oder Paletten 

oft mehrmals zu bewegen. Um diese zu identifizieren, 

arbeiten wir mit rund 1 0 0 Barcodelesegeräten. 

Üblicherweise werden solche Geräte von den H erstellern 

mit einer recht hohen Fehlerresistenz angeboten. Aber 

selbst bei einer gering erscheinenden restlichen Fehlerquote 

von beispielsweise zwei Prozent wären täglich 

immer noch mehrere hundert Fehlerkisten unterwegs. 

Mit Barcodelesern von Leuze electronic liegt unsere 

Quote der Fehllesungen bei nahezu null.“ 

Es handelt sich um stationär installierte Barcodeleser 

(BCL) und Barcode-Positioniersysteme (BPS). „ Letztere 

setzen wir neben anderen Leuze-electronic-Systemen 

zur exakten Positionierung von Regalbediengeräten 

ein“ , ergänzt Thomas Ludwig, zuständiger Projektleiter 

der U.C.S. Industrieelektronik GmbH . Der Anbieter 

für Systemsteuerung und Automatisierung aus Wedel/ 

olstein führt bei Reyher die Lager- und Logistikautomation 

aus. 

ZUVERLÄSSIG UND EINFACH INTEGRIERT 

Die BPS Barcode-Positioniersysteme bestehen aus zwei 

wesentlichen Komponenten: dem Barcodeband BCB und 

dem Lesekopf. Das Codeband ist ein selbstklebendes Polyesterband, 

das sich entlang der Fahrstrecke eines Regalbediengeräts 

einfach anbringen lässt. Zusätzliche 

Klemmen, Klipse, Fixier- und Spanneinrichtungen sind 

nicht notwendig. 

20 


5 / 2012

Neben der Zuverlässigkeit der Geräte ist auch deren 

einfache H andhabung und Integration wichtig. Diese 

kommt besonders bei dem Ausbau der H alle 1 2 zum 

Tragen. Die H alle, mit einer Arbeitsfläche von 7 5 0 0 m 2 , 

beherbergt zukünftig einen Teil des Warenausgangs, in 

dem kundenspezfische Kanban-Behälter bewegt und 

befüllt werden. In diesem Zusammenhang konnte die 

Sicherheitssensorik mit Muting-Funktionalität angewandt 

werden. 

OPTIMIERTE VERDICHTER-ARBEITSPLÄTZE 

Die Kommissionierung der Kundenaufträge basiert im 

gesamten Logistikzentrum auf 6 0 0 0 0 Paletten- und 

1 2 0 0 0 0 Behälterplätzen in drei Lagerbereichen. „ Das bedeutet, 

dass bei uns nicht wie oft üblich ein Behälter 

durch die Lagerbereiche geschickt und sukzessive gefüllt 

wird, sondern dass für einen Kundenauftrag gegebenenfalls 

mehrere Behälter aus unterschiedlichen Lagerbereichen 

zusammengeführt werden“ , erklärt Klaus Mundt. 

Dies geschieht in sogenannten Sortern. Von dort gelangen 

die gesammelten Behälter zu „ Verdichter-Arbeitsplätzen“ , 

wo die Produkte durch manuelles Umpacken in ihre endgültige 

Versandverpackung gebracht werden. 

Der gesamte Warenfluss ist je nach Versandart im Warenausgang 

1 und 2 (vorwiegend herkömmlicher Palettenversand) 

sowie im Warenausgang 3 organisiert (Versand 

mittels Kanban-Behälter). Dort müssen zu jedem 

Kundenauftrag die richtigen Zielbehälter, nämlich die 

zum jeweiligen Kanban-System des Kunden passenden 

Kanban-Behälter, den Verdichter-Arbeitsplätzen zugeführt 

werden. „ Bisher hatten die Mitarbeiter die jeweiligen 

Behälter manuell aus den Lagerplätzen beschafft. 

Dazu waren sie einen großen Teil ihrer Arbeitszeit zu 

Fuß unterwegs“ , erzählt Klaus Mundt. 

Im Zuge der Kapazitätsausweitung in der H alle 1 2 

wird auch der Kanban-Warenausgang separiert und 

neu angelegt. Wesentlich ist dabei, dass die leeren 

Kanban-Behälter den Verdichter-Arbeitsplätzen automatisch 

und zum richtigen Zeitpunkt über jeweils drei 

Palettenstellplätze zugeführt werden. „ Dies gilt für 

alle hochdrehenden Behälter, sodass unsere Mitarbeiter 

nicht mehr durch das manuelle Kanban-Leergutlager 

laufen müssen und sich nur noch in ganz wenigen 

Fällen aus einem „ Exoten-H andlager“ manuell bedienen“ 

, ergänzt Klaus Mundt. 

Die vollautomatische Kanban-Behälter-Bereitstellung, 

die von U.C.S. Industrieelektronik mit Geräten von Leuze 

electronic ausgestattet wurde, verfügt über Palettenstellplätze, 

in denen die gesamte Varianz gängiger Kanban-Behälter 

untergebracht ist. H inzu kommen Kanban- 

Behälter von Reyher selbst, die Kunden zur Miete angeboten 

werden. Deren Bereitstellung aus den Regalen 

erfolgt mit zwei Regalbediengeräten, die auf einer 6 0 

Meter langen Schiene fahren – ausgerüstet mit Barcode- 

Positioniersystemen von Leuze electronic. Deren steuerungstechnische 

Anbindung seitens U.C.S. Industrieelektronik 

verhindert zuverlässig Kollisionen. Zur flexiblen 

Datenübertragung aus den bewegten Fahrzeugen 

werden optische H ochleistungs-Datenübertragungssysteme 

(DDLS) von Leuze electronic verwendet. 

ABGESTIMMTE SICHERHEITSKOMPONENTEN IM SET 

Da nun die Paletten mit den leeren Kanban-Behältern 

direkt den Verdichter-Arbeitsplätzen zugeführt werden 

und somit automatisch bewegte Teile unmittelbar in 

die Arbeitsbereiche gelangen, müssen diese mit entsprechenden 

Sicherheitseinrichtungen geschützt werden. 

Denn die Paletten mit den Behältern sollen aus 

den mit Lichtgittern geschützten Bereichen fahren 

können, ohne beim Durchqueren des Lichtgitter- 

Schutzfelds ein Abschaltsignal auszulösen. Mit der 

Funktion Muting ist in solchen Fällen die bestimmungsgemäße 

und zeitlich begrenzte Unterdrückung 

der Schutzfunktion möglich. 

Die Konstellation der Lichtgitter wird je nach Anforderung 

ausgelegt. Da es sich bei Reyher um unterschiedlich 

große Behälter handelt, wurde die Variante des 

Kreuz-Muting mit zwei Reflexions-Lichtschranken mit 

gekreuzten Strahlen gewählt. Solche Schutzeinrichtungen 

bestehen aus zahlreichen Komponenten, die aufeinander 

elektrisch und mechanisch abgestimmt sein müssen, 

um neben der Sicherheit auch die Verfügbarkeit zu 

gewährleisten. Mit den Sicherheits-Sensor-Sets CPSET 

bietet Leuze electronic Lösungen, die diese Anforderungen 

berücksichtigen. Sie beinhalten für die jeweiligen 

Anwendungsfälle ausgewählte und bereits vorkonfektionierte 

Komponenten. 

„ Damit haben wir neben den gesamten Sensoraufgaben 

in der Logistik-Automation auch Muting-Applikationen 

schnell, einfach und kostengünstig mit zuverlässiger 

Optoelektronik aus einer H and, realisiert“ , sagt U.C.S.- 

Projektleiter Thomas Ludwig. 

AUTOR 

Leuze electronic GmbH + Co. KG, 

In der Braike 1, D-73277 Owen/Teck, 

Tel. +49 (0) 7021 57 31 43, 

E-Mail: matthias.goehner@leuze.de 

MATTHIAS GÖHNER 

leitet im Produktmanagement 

die Gruppe Förder-Lagertechnik 

bei der Leuze electronic 

GmbH + Co. KG. 


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21


Signalaufbereitung in der Druckmesskapsel 

macht Sensoren kleiner und robuster 

Linearisierung, Temperaturkompensation und Parametrierung finden direkt im Stahlgehäuse statt 

VDD 

+VCC 

R S 

+Vref 

µC 

Sensor 

SigCond 

+OUT 

GND 

R A 

R G 

AIN 

-Vref 

ADC 

10..12 Bit 

with internal 

ADC 

VSS 

SCHEMATISCHER AUFBAU EINES C-LINIE-OEM-TRANSMITTERS, 

direkt verbunden mit einem Mikrocontroller mit integriertem Analog/Digital-Konverter. 

Wird darauf geachtet, dass die Leitungswiderstände niedrig gehalten werden, ist keine 

Kalibration nötig, da der ADC und der SigCond aufeinander referenziert sind. 

Sensor 

Sensor 

Sensor 

DIE EMPFINDLICHEN SENSORSIGNALE 

werden über ultrakurze 

Wire-Bond-Drähte mit dem 

Signalkonditionierungs-IC verbunden 

und als niederohmiges, aufbereitetes 

Signal durch die Glasdurchführungspins 

nach aussen geführt. Selbst der 

EMV- und ESD-Schutz sind integriert. 

Bilder: Keller Druckmesstechnik 

SigCond 

ADDR=0x02 

SigCond 

ADDR =0x01 

SigCond 

ADDR =0x00 

+VCC 

SCL 

SDA 

GND 

+VCC 

SCL 

SDA 

GND 

+VCC 

SCL 

SDA 

GND 

RPULLUP 

RPULLUP 

µC 

VDD 

I 2 C-Master 

SCL 

SDA 

VSS 

SCHEMATISCHER AUFBAU EINES 

MINI-NETZWERKES von D-Linie-OEM- 

Transmittern in der I2C-Version. Zwei 

freie digitale Tri-State-I/O-Leitungen 

sind die einzige Anforderung an den 

Mikrocontroller, der als Master das 

Timing frei bestimmt. 

Mithilfe der Chip-in-Oil-Technologie (CiO) werden 

Sensoren sehr kompakt und besitzen hohe Widerstandsfähigkeit 

gegen elektrische Störfelder. Infolge kleiner 

Massen und kurzer Leitungswege sind sie zudem 

sehr vibrationsbeständig. Feuchtigkeit und hohe Temperaturen 

können ihnen ebenfalls wenig anhaben. 

Das von Keller Druckmesstechnik entwickelte Chipin-Oil-Konzept 

bringt die Signalaufbereitung direkt in 

das mit Ö l gefüllte, schützende Gehäuse der Druckmesskapsel 

aus Edelstahl. Dort finden die Linearisierung, 

Temperaturkompensation und Parametrierung statt. 

Die CiO-Technik bringt in einem gemeinsamen Gehäuse 

unmittelbar neben dem Drucksensor ein ASIC unter, 

der dem Anwender eine Reihe von vorteilhaften Funktionalitäten 

bietet. Dass trotz der Integration der Folgeelektronik 

die Druckmesskapsel nicht größer wird, ist 

zum einen der Miniaturisierung und Optimierung der 

Komponenten zu verdanken. Zum anderen kommt ein 

platzsparender Single-Chip Asic zum Einsatz. 

Eingesinterte, druckfeste Glasdurchführungen liefern 

die Transmitter-Signale nach außen. Im Innern erfolgt die 

Verdrahtung durch kurze, leichte Bonddrähte – alles unter 

Ausschluss von Luft unter Ö l. So kann beim weiteren 

Einbau des Druckaufnehmers auf den Anschluss filigraner 

Signalaufbereitungsplatinen samt vieladriger Verkabelung 

verzichtet werden. Zudem muss diese Folgelektronik 

nicht vor Feuchte und Betauung geschützt werden. 

Zusammen mit dem Edelstahlgehäuse wirken die Glasdurchführungen 

wie Durchführungskondensatoren und 

bilden einen Faraday’ schen Käfig. So ist die CiO-Technologie 

extrem robust gegen elektrische Felder. Selbst Feldstärken 

von 2 5 0 flV/m bei Frequenzen bis 4 flGH z können 

das Messsignal nicht beeinflussen. Die digitale Schnittstelle 

muss vom Gerätebauer selbst geschützt werden. Der 

22 


5 / 2012

ASIC ist als Mikrocontroller mit entsprechender Peripherie 

ausgelegt, sodass die Sensorsignale mit großer Auflösung 

und Dynamik erfasst werden können. Zusätzlich 

zum Prozessdruck wird die Temperatur des Drucksensors 

gemessen und bei der Signalaufbereitung zur mathematischen 

Temperatur-Kompensation verwendet. 

GERINGER AUFWAND FÜR DIE SIGNALÜBERGABE 

Die OEM-Transmitter bieten zwei Ausgangssignale: einen 

ratiometrischen analogen Spannungsausgang und eine 

digitale Inter-Integrated-Circuit-Schnittstelle (I2 C). Vorteil 

des ratiometrischen Formats des Ausgangssignals ist, 

dass es eigentlich kein Format hat. Denn es ist abhängig 

von der Versorgungsspannung. Für die Anwendung in 

integrierten Systemen stellt das einen großen Vorteil dar. 

Wird nämlich der dem Transmitter nachfolgende Analog/ 

Digitalwandler mit derselben Versorgungsspannung betrieben, 

so ist der digitale Messwert immer korrekt. Das 

liegt daran, dass zwar die H öhe der Digitalisierungsstufen 

von der Versorgungsspannung abhängt, nicht aber die 

Zahl der Stufen – die aber sind entscheidend. 

Dank ratiometrischer Signale lässt sich der Aufwand 

für die Signalübergabe vom Drucktransmitter an den 

A/D-Wandler der Folgeelektronik deutlich verringern 

und Kalibrierungsschritte werden überflüssig – speziell 

beim Anschließen an einen Mikrokontroller mit integriertem 

A/D-Wandler ist er gleich Null. Trotzdem ist eine 

Spanne des Ausgangssignals spezifiziert, nämlich 0 ,5 ... 

4 ,5 V bei einer Speisespannung von 5 ,0 V. Mit einer stabilen 

und genauen Versorgungsspannung kann diese 

Spanne auch direkt als „ Normsignal“ genutzt werden. 

Die Abtastrate von 2 kH z bietet einen erstaunlich guten 

Dynamikumfang für ein Produkt, das auf dem AD/DA- 

Prinzip basiert. Zudem bietet die Embedded Elektronik 

in CiO-Technologie einen permanenten Überspannungsund 

Verpolungsschutz auf allen Leitungen bis ± 3 3 VDC. 

I2C-MASTER BESTIMMT DAS TIMING 

OEM-Transmitter in der Größe von Druckmesskapseln 

werden nie direkt an Feldbussysteme angeschlossen. Vielmehr 

verfügen die jeweiligen Koppelmodule über entsprechende 

Eingangsschnittstellen, etwa für die Inter- 

Integrated-Circuit- beziehungsweise die I2 C-Schnittstelle. 

Sie gilt seit J ahren als serieller Standard zur Überwindung 

kurzer Strecken in embedded Systemen. Der 

I2 C-Master benötigt für die seriellen Daten und den Takt 

für die synchrone Abfrage (Clock) zwei Leitungen. An 

den Master werden somit keine Anforderungen an das 

Timing gestellt – er bestimmt es. 

J eder OEM-Transmitter hat eine eigene Adresse, die 

vom I2 C-Master angesprochen wird. Derzeit könnten 

von einem Master 1 2 8 unterschiedliche Adressen verwaltet 

werden. Die Druck- und Temperaturwerte werden 

durch einen Request des Masters erfasst und stehen 

dann an den Transmittern (Slaves) nach weniger als 

1 0 ms bereit um nach einem vorgegebenen Protokoll 

ausgetaktet zu werden. Die Werte sind über Temperatur 

kompensiert und normiert und müssen nur noch von 

1 5 Bit-Ganzzahl in einen einheitsbehafteten Druck beziehungsweise 

eine Temperatur skaliert werden. 

Im Gegensatz zur CiO-Version mit ratiometrischem Ausgang 

können jene mit I2 C-Ausgang auch mit nur 1 ,8 ...3 ,6 

VDC Versorgungsspannung arbeiten und sind damit bestens 

auf mobile, batteriebetriebene Anwendungen vorbereitet. 

Dazu gehört auch die kurze Wandlungszeit von 

weniger als 1 0 ms, während der lediglich 1 ,5 mA gezogen 

werden und der bestens optimierte Sleep-Mode – in dem 

die Transmitter verharren, wenn sie nicht angefragt – der 

mit typisch 0 ,1 µ A spezifiziert ist. Falls der Master eine 

angemessen schnelle Kommunikation erlaubt, können 

somit über 1 0 0 Samples pro Sekunde erreicht werden. 

KOMPAKTE LÖSUNG BRINGT AUCH KOSTENVORTEIL 

J e nach Format des Ausgangssignals – ratiometrisch oder 

digital – ändern sich typische Kenndaten. Mit dem analogen 

Ausgang kann der Transmitter bei Temperaturen 

zwischen -4 0 ° C bis + 1 5 0 ° C eingesetzt werden, während 

der I2 C-Ausgang die obere Grenze bei 8 0 ° C ziehen muss. 

Der Druckbereich der analogen Version reicht von 2 bis 

1 0 0 0 bar und bei der digitalen Version von 2 bar bis 2 0 0 

bar. Für einen erhöhten Dynamikumfang bei erhöhtem 

Stromverbrauch von max. 8 mA sollte die analoge Version 

gewählt werden. Für Low Voltage und Low Power Applikationen 

empfiehlt sich die digitale Version, die auch die 

Temperaturinformation mitliefert. Unterm Strich bietet 

die Chip-in-Oil-Technologie neben funktionalen Stärken 

auch noch einen Kostenvorteil, da eine externe 

Elektronik überflüssig wird und alle Funktionen mit 

einer Single-Chip-Lösung realisiert werden. 

AUTOREN 

Dipl. El.-Ing. (FH ) DANIEL HOFER ist 

Elektronik- und Software-Entwickler 

bei Keller Druckmesstechnik. 

Keller AG für Druckmesstechnik, 

St. Gallerstrasse 119, Postfach, 

CH-8404 Winterthur, 

Tel. +41 52 235 25 25, 

E-Mail: d.hofer@keller-druck.com 

Dipl. El.-Ing. (H TL) BERNHARD VETTERLI 

ist Elektronik- und Software-Entwickler 

bei Keller Druckmesstechnik. 

Keller AG für Druckmesstechnik, 

St. Gallerstrasse 119, Postfach, 

CH-8404 Winterthur, 

Tel. +41 52 235 25 25, 

E-Mail: b.vetterli@keller-druck.com 


5 / 2012 

23

PRAXIS 

Frühzeitige dynamische Simulationen erhöhen 

Sicherheit bei Inbetriebnahme und Betrieb 

Ein adäquates Maschinenschutz-System in verfahrenstechnischen Anlagen verifizieren 

BILD 1: Prozesstopologie nach 

Design und Reglerstruktur. 

In dem Kältemittelkreislauf 

wird Propan aus einer 

Saugflasche (VV501) in 

drei Verdichtersektionen 

(KC501_I, KC501_II und 

KC501_III) auf den Enddruck 

verdichtet, anschließend 

in HE501 gekühlt, dabei 

verflüssigt und in dem 

Behälter VV504 gesammelt. 

Das flüssige Propan steht der 

Olefin anlage als Kältemittel 

auf unterschiedlichen 

Druckniveaus in den 

Verbrauchern HE316, 

HE326, HE401 sowie HE320, 

HE402, HP405 und HP601 

zur Verfügung. 

Dynamische Simulationen vertiefen das Prozessverständnis 

und ermöglichen einen detaillierten 

Einblick in das Verhalten verfahrenstechnischer Anlagen 

unter transienten Bedingungen. Selbst sorgfältigstes 

stationäres Anlagendesign deckt nicht alle Aspekte 

ab, welche für einen sicheren Anlagenbetrieb 

erforderlich sind. Da verfahrenstechnische Anlagen 

nicht ausschließlich in einem stationären Betriebspunkt 

betrieben werden, müssen bezüglich der Sicherheitsaspekte 

dynamische Simulationen durchgeführt 

werden. Diese sind zwar aufwendig, allerdings ist es 

nur so möglich, ein adäquates Maschinenschutzsystem 

zu verifizieren. 

Der Geschäftsbereich Linde Engineering der Linde 

AG plant und baut verfahrenstechnische Großanlagen 

zur Luftzerlegung, Erdgasverflüssigung, Gastrennung, 

Olefin- und Synthesegaserzeugung. In allen diesen Anlagen 

sind Verdichter und Turbinen ein unverzichtbarer 

Bestandteil der Prozessführung. Deren Betriebssicherheit 

ist daher nicht nur für ausgedehnte Betriebsintervalle 

sicherzustellen, sondern auch für einen transienten 

Betrieb assoziiert mit Lastregelung sowie An- und 

Abfahrvorgängen. Risiken bezüglich der Betriebssicherheit 

werden meist identifiziert, indem alle Apparate 

hinsichtlich ihrer Funktion geprüft werden und untersucht 

wird, ob diese Funktion unter anderen Randbedingungen 

noch gewährleistet ist. 

Allerdings lassen sich transiente Vorgänge nur begrenzt 

über derartige stationäre Betrachtungen abschätzen, 

hierfür sind dynamische Simulationen notwendig. 

Die Integration einer dynamischen Simulation in den 

Engineering-Prozess einer Auftragsabwicklung stellt 

dabei eine besondere H erausforderung dar. Einerseits 

ist es wünschenswert, wenn grundsätzliche Erkenntnisse 

bereits bei der Konzeptionierung der Anlage vorliegen. 

Andererseits muss eine Parametrierung der Maschinen 

und Apparate auf der Basis von konkreten 

Bestellunterlagen erfolgen, welche erst sehr spät zur 

Verfügung stehen. 

Bei der Inbetriebnahme sind die vorab durchgeführten 

dynamischen Simulationen hilfreich, da die Reglerstruktur 

und H ardware bereits auf ihre Funktion 

überprüft wurde, somit das Anlagenverhalten als bekannt 

vorausgesetzt werden kann. 

PROPANKREISLAUF ALS TESTFALL 

Am Beispiel des Propankreislaufs einer petrochemischen 

Großanlage soll der Workflow bei Linde Engineering während 

der Auslegung und Überprüfung des Maschinenschutzes 

anschaulich erläutert werden. Das Flowsheet des 

Prozesses ist in Bild 1 dargestellt: In dem Kältemittelkreislauf 

wird Propan aus einer Saugflasche (VV5 0 1 ) in 

drei Verdichtersektionen (KC5 0 1 _ I, KC5 0 1 _ II und KC5 0 1 _ 

III) auf den Enddruck verdichtet, anschließend in H E5 0 1 

gekühlt, dabei verflüssigt und in dem Behälter VV5 0 4 

gesammelt. Das flüssige Propan steht der Olefinanlage als 

Kältemittel auf unterschiedlichen Druckniveaus in den 

Verbrauchern H E3 1 6 , H E3 2 6 , H E4 0 1 sowie H E3 2 0 , H E4 0 2 , 

H P4 0 5 und H P6 0 1 zur Verfügung. Es wird in diesen Wärmetauschern 

angewärmt und vollständig verdampft. An- 

24 


5 / 2012

BILD 2: Run-Down-Kurven 

und Drücke bei originaler 

Prozesstopologie (Normal 

Stop). (a)–(c) zeigen den 

zeitlichen Verlauf des 

Betriebspunkts 

(Betriebskennlinie) der 

einzelnen Verdichtersektionen 

(rote Linie) in ihrem 

zugehörigen Förderhöhen- 

Kennfeld. In (d) sind die 

wesentlichen Druckniveaus 

(Saugdruck, Zwischendrücke 

und Enddruck) geplottet. 

schließend wird das Propan wieder in die dem jeweiligen 

Druckniveau entsprechende Saugflasche eingespeist. Die 

Saugflaschen für die Zwischenstufen sind füllstandsgeregelt, 

der Saugdruck der ersten Stufe wird über die Drehzahl 

eingestellt. Die Temperaturen nach den Saugflaschen 

sind über Quenchventile geregelt. 

Für den Maschinenschutz ist für jede Verdichtersektion 

eine Bypassleitung vorgesehen, welche über die 

zugehörigen Ventile FV5 1 0 1 , FV5 1 0 2 und FV5 1 0 3 im 

Normalbetrieb abgesperrt ist. Die Bypässe binden nach 

den Ventilen direkt in die entsprechende Saugflasche 

ein. Üblicherweise werden diese Ventile vom Maschinenhersteller 

ausgelegt, welcher allerdings über keine 

Kenntnis der Prozesstopologie – insbesondere über die 

beteiligten Volumina – verfügt. 

Der selbstentwickelte gleichungsorientierte Prozesssimulator 

Optisim wird bei Linde Engineering zur stationären 

und dynamischen Simulation sowie zur stationären 

und dynamischen Optimierung verwendet. Die 

jeweiligen Apparate sind durch ihre Erhaltungsgleichungen 

für Energie und Menge sowie durch die physikalischen 

Gleichgewichte beschrieben und tauschen 

über Ströme, Wärmen und Signale Informationen mit 

den topologisch verbundenen Einheiten aus. Die Nutzer 

verwenden in einem Flowsheet vorgegebene Prozessunits, 

welche sie einer Modellbibliothek entnehmen 

können. Für die konkrete Anwendung müssen diese 

Apparate lediglich parametriert werden. 

Die Umwandlung eines Anlagenmodells für das Design 

in ein Prozessmodell für das Anlagenrating beziehungsweise 

für eine dynamische Simulation ist aufwendig. 

Meist ist es einfacher und schneller, für beide 

Anwendungen (Design und Rating/dynamische Simulation) 

getrennte Anlagenmodelle zu verwenden. Es ist 

empfehlenswert, für den nominalen Betriebsfall die 

Ergebnisse der Design- und Rating-Rechnung zu vergleichen 

und zu prüfen, ob die Rating-Modelle die aus 

dem Anlagendesign stammenden Spezifikationen wiedergeben 

(Designverifikation). 

RATINGMODELL BILDET KÄLTEKREISLAUF GUT NACH 

Für den hier betrachteten Propankreislauf ergeben sich 

Unterschiede zwischen dem Designmodell und dem Ratingmodell 

von maximal 1 ,5 fl% in Druck, Temperatur oder 

Mengen. Damit gibt das Rating-Modell den ausgelegten 

Kältekreislauf ausreichend genau wieder. 

Bei dem geplanten Maschinenstopp wird ein Verdichter 

mit geöffneten Bypassventilen auf die Mindestdrehzahl 

(hier: 2 3 5 1 rpm) gedrosselt. Erst danach wird der 

Antrieb abgeschaltet. Die Bilder 2 (a)– 2 (c) zeigen den 

zeitlichen Verlauf des Betriebspunkts (Betriebskennlinie) 

der einzelnen Verdichtersektionen (rote Linie) in 

ihrem zugehörigen Förderhöhen-Kennfeld. Dieses bildet 

die Förderhöhe über dem saugseitigen Volumenstrom 

ab. Die Isodrehzahlkurven sind als blau gestrichelte 

Linien dargestellt, die Pumpgrenze ist blau gepunktet. 

Der Betriebspunkt bei Normalbetrieb ist als roter Punkt 

hervorgehoben. In Bild 2 (d) sind die wesentlichen 

Druckniveaus (Saugdruck, Zwischendrücke und Enddruck) 

geplottet. 


5 / 2012 

25

H 

PRAXIS 

BILD 3: Run-Down-Kurven und Drücke bei originaler 

Prozesstopologie (ESD). Die Simulation zeigt allerdings, dass für 

einen Antriebsausfall die Konfiguration des Maschinenschutzes 

nicht ausreichend ist. Der Betriebspunkt in den Verdichtersektionen 

1 und 2 wandert nach dem Abschalten des Antriebs und trotz 

gleichzeitigem Öffnen der Bypassventile über die Pumpgrenze aus 

dem Kennfeld heraus. 

BILD 4: Run-Down-Kurven und Drücke bei modifizierter 

Prozess topologie (Normal Stop). Die Simulationen zeigt, dass 

die umfangreichen Modifikationen für den ESD bei einem 

normalen Maschinenstopp kaum Auswirkungen haben. 

Auf den Bildern 2 (a)– (c) ist zu sehen, dass der Betriebspunkt 

durch das Ö ffnen der Bypassventile zunächst 

weit nach rechts wandert. Durch die anschließende 

Verringerung der Drehzahl bis zur Mindestdrehzahl 

des Verdichters bewegt sich der Betriebspunkt im 

Kennfeld anschließend in Richtung Pumpgrenze. Dann 

erfolgt das H erunterfahren auf die untere Leerlaufdrehzahl. 

Ein Verdichter ist dann ausreichend vor Pumpen 

geschützt, wenn die Betriebskennlinie die Pumpgrenze 

innerhalb des Kennfeldes nicht schneidet. Damit pumpt 

bei diesem Fahrfall keine der drei Maschinensektionen, 

und auch der Warmstart von der unteren Leerlaufdrehzahl 

aus erfolgt problemlos. 

Beim Warmstart wird die Maschine mit einer vom 

ersteller vorgegebenen Ramprate durch den biege- und 

torsionskritischen Drehzahlbereich von der unteren 

Leerlaufdrehzahl auf die Mindestdrehzahl beschleunigt. 

Anschließend werden die Anti-Surge-Regler in Betrieb 

genommen. Dadurch erfolgt bei Mindestdrehzahl ein 

Androsseln bis hin zur Pumpgrenze. Danach wird auf 

die Nenndrehzahl beschleunigt, wodurch der Taupunkt 

im Kondensator VV5 0 4 erreicht wird. Dies führt dazu, 

dass die Anti-Surge-Regler in ihre Sättigung laufen und 

die Bypassventile schließen. Zuletzt werden die übrigen 

Regler wieder in Betrieb genommen und der alte Ausgangszustand 

ist erreicht. 

ANTRIEBSLEISTUNG BRICHT PLÖTZLICH EIN 

Nun stellt ein geplanter Maschinenstopp hinsichtlich des 

Maschinenschutzes lediglich ein notwendiges, aber kein 

hinreichendes Kriterium dar. Das Nichtvorhandensein 

vom Pumpen in den drei Verdichtersektionen zeigt, dass 

zumindest ein notwendiges Kriterium erfüllt ist. 

Ein hinreichendes Kriterium ist das Nicht-Pumpen bei 

einem Antriebsausfall. Dabei bricht instantan die Antriebsleistung 

ein. Erst mit der Detektion dieses Ereignisses 

erhalten die Bypassventile das Signal zum Ö ffnen, 

was zur Druckentlastung der Maschine führen sollte. Die 

Simulation zeigt allerdings (Bild 3 ), dass für einen Antriebsausfall 

die Konfiguration des Maschinenschutzes 

nicht ausreichend ist. Der Betriebspunkt in den Verdichtersektionen 

1 und 2 wandert nach dem Abschalten des 

Antriebs und trotz gleichzeitigem Ö ffnen der Bypassventile 

über die Pumpgrenze aus dem Kennfeld heraus. 

BYPÄSSE NICHT AUSREICHEND AUSGELEGT 

Da in den bisherigen Simulationen die vom Maschinenhersteller 

vorgegebenen Bypassventile verwendet wurden, 

zeigt dieses Ergebnis, dass ein Maschinenhersteller 

die ausreichende Auslegung der Bypässe nicht gewährleisten 

kann, da er nicht über alle notwendigen Informationen 

vom Gesamtprozess verfügt. 

Ist der Maschinenschutz nicht gewährleistet, so wird 

zunächst versucht, eine Lösung mit der bereits ausgelegten 

Prozesstopologie zu finden, das heißt, die Bypassventile 

zu vergrößern. Führt auch das zu keinem 

zufriedenstellenden Ergebnis, so muss die Topologie 

selbst hinterfragt werden. In dem betrachteten Beispiel 

mussten sowohl die Topologie als auch die Dimension 

der Bypassventile modifiziert werden. Weitere Simulationen 

zeigen, dass mit diesen Ä nderungen eine Notab- 

26 


5 / 2012

Mit Sicherheit 

kompetent 

schaltung aus unterschiedlichsten Lastfällen problemlos 

durchgeführt werden kann. Diese Modifikationen 

haben aber nur einen Einfluss auf die direkt 

nach einem Abschalten zu beobachtende kurzfristige 

Dynamik. Das Verhalten der Verdichter bei einem geplanten 

Stopp wird dadurch nur unwesentlich beeinflusst, 

da hierbei der Antrieb bei bereits geöffneten 

Bypassventilen abgeschaltet wird (Bild 4 ). 

Wie das Beispiel der Auslegung von Maschinenschutzsystemen 

zeigt, müssen bezüglich der Sicherheitsaspekte 

dynamische Simulationen durchgeführt 

werden. Ein weiterer Schritt zur Erleichterung einer 

Inbetriebnahme ist die Einbindung eines Emulators, 

beispielsweise der Performance- und Anti-Surge- 

Regelung in die Prozesssimulation über eine geeignete 

Schnittstelle. Derartige Emulatoren werden von 

einigen H erstellern von Maschinenregelsystemen 

angeboten. Auf diese Weise ist es möglich, bereits 

vorab die Reglerparameter zu bestimmen und das 

DCS (Distributed Control System) mit diesen Werten 

zu parametrieren. 

Besuchen Sie uns auf der 

ACHEMA 2012 

Halle 11.1, Stand C75 

AUTOREN 

Dr.-Ing. MARTIN HÄFELE 

ist für die Entwicklung 

des Prozesssimulators 

Optisim verantwortlich 

und übernimmt Projektleitungsaufgaben 

bei der 

dynamischen Simulation. 

Linde AG, Engineering Division, 

Dr.-Carl-von-Linde-Str. 6-14, D-82049 Pullach, 

Tel. +49 (0) 89 74 45 28 90, 

E-Mail: martin.haefele@linde-le.com 

Dipl.-Ing. MARTIN KAMANN 

ist als Projekt-Ingenieur 

für die Abwicklung und 

Durchführung dynamischer 

Simulationen zur Verifikation 

von Maschinen schutzund 

Regelsystemen verantwortlich. 

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Tel. +49 (0) 89 74 45 27 57, 

E-Mail: martin.kamann@linde-le.com 

A01039DE 

SAMSON AG · MESS- UND REGELTECHNIK 

Weismüllerstraße 3 · 60314 Frankfurt am Main 

Telefon: 069 4009-0 · Telefax: 069 4009-1507 

E-Mail: samson@samson.de · www.samson.de 

SAMSON GROUP · www.samsongroup.net

HAUPTBEITRAG 

Anforderungsanalyse für 

das integrierte Engineering 

Mechanismen und Bedarfe aus der Praxis 

Anhand von Anwendungsfällen aus der Praxis diskutiert dieser Beitrag den Bedarf an 

besserer Integration von Daten und Funktionen aus Software-Werkzeugen, um Abläufe 

im Engineering von industriellen Anlagen auf Projektebene zu automatisieren. Stärken 

und Beschränkungen von drei Ansätzen für Integrationsmechanismen in Software-Werkzeugen 

werden untersucht. Es werden Anforderungen für ein System zur Integration 

heterogener Werkzeuge identifiziert. Die darauf aufbauende Softwarelösung, Automation 

Service Bus, wird in einem Folgebeitrag vorgestellt. 

SCHLAGWÖRTER Paralleles Engineering / Software-Werkzeug-Integration / 

Datenaustausch / Werkzeug unterstützte Arbeitsabläufe / Automation 

Service Bus 

Requirement analysis for integrated engineering – 

Mechanisms and and practical demands 

On the basis of practical industrial applications, this contribution considers the need for 

improved integration of data and functions from software tools for the automation of 

processes in the engineering of industrial plants. Strengths and limitations of three approaches 

for integration mechanisms in software tools are investigated, and requirements 

for the integration of heterogeneous tools are identified. A derived software solution – the 

Automation Service Bus – will be presented in a future contribution. 

KEYWORDS parallel engineering / software tool integration / data exchange / 

tool-supported workflows / Automation Service Bus 

28 


5 / 2012

H 

H 

STEFAN BIFFL, RICHARD MORDINYI UND THOMAS MOSER, Technische Universität Wien 

Das parallele Engineering industrieller Anlagen 

erfordert die effektive und effiziente Zusammenarbeit 

von Experten mehrerer Fachbereiche 

– wie mechanisches, elektrisches und 

Software-Engineering – und deren spezialisierter 

Software-Werkzeuge zum Editieren von Sichten 

auf das gemeinsame mechatronische Modell der Anlage, 

etwa Fließbildschemata, elektrische Pläne und Software- 

Code für die Kontrolle von Geräten und Prozessabläufen. 

Es gibt Bestrebungen, definierte Mengen von Software- 

Werkzeugen vorzugeben, die gut miteinander nutzbar 

sind. Allerdings ist die Realität in den meisten Projekten 

eine Sammlung der für den jeweiligen Fachbereich bestgeeigneten 

Software-Werkzeuge, die aber nicht für eine 

lückenlose Zusammenarbeit entworfen wurden. 

Ein Beispiel, das zeigt, wie die effiziente Zusammenarbeit 

von Werkzeugen Risiken und Aufwände reduziert, 

sind Ä nderungskaskaden. So kann eine durch den 

Maschinenbauer vorgenommene Typänderung eines 

Füllstandsensors weitere Ä nderungen bei der Verkabelung 

durch den Elektriker und bei der Kontrolllogik 

durch den Experten für die Automatisierungs-Software 

notwendig machen. Falls derartige Ä nderungen nicht 

korrekt und rechtzeitig an die richtigen Personen kommuniziert 

werden, ergeben sich daraus kostspielige 

Nacharbeiten. Die funktionierende Integration der Daten 

und Funktionen der beteiligten Software-Werkzeuge 

erlaubt es, Ä nderungen in einer Modellsicht automatisch 

in den korrespondierenden Sichten nachzuziehen 

oder zumindest den zuständigen Kollegen über die Ä n- 

derung zu informieren. 

In der Praxis ist eine Art „ Engineering Polynesien“ 

aus Software-Werkzeuginseln beobachtbar, mit 

Schnittstellen, die nicht nahtlos passen; und zugleich 

ein „ Engineering Babylon” , in dem Fachexperten gemeinsame 

Konzepte auf Projektebene verwenden, welche 

in den Software-Werkzeugen auf unterschiedliche 

Weise repräsentiert sind. Daher müssen Fachexperten 

zusammenarbeiten, um sich wiederholende Aufgaben 

durchzuführen, die eigentlich durch kooperierende 

Werkzeuge erledigt werden sollten, etwa Ä nderungskaskaden 

oder die grundlegende Qualitätssicherung 

zwischen Modellsichten. 

Bild 1 zeigt auf der linken Seite die Fachexperten und 

deren spezifische Software-Werkzeuge und Daten, auf der 

rechten Seite Projektpartner, die Arbeitsabläufe unter 

Verwendung der Daten aus mehreren Software-Werkzeugen 

effizient durchführen wollen. In der Mitte gibt es die 

Lücke zwischen beiden Seiten, da unklar ist, wie die Integration 

auf den Ebenen der (1 ) technischen Systeme und 

Funktionen, (2 ) der Datenmodelle und (3 ) der Beschreibung 

der Arbeitsabläufe systematisch zu adressieren ist. 

Im Bereich der Integration von Daten und Funktionen 

aus Software-Werkzeugen können generell mehrere Ansätze 

beobachtet werden: 

erstellerspezifische (proprietäre) Ansätze, um die 

Werkzeuge in der Suite eines H erstellers besser zu 

integrieren 

Behelfslösungen lokaler Experten, die Lücken zwischen 

Werkzeugen und Datenbeständen überbrücken, 

um spezifische Abläufe im Engineering-Projekt 

(teilweise) zu automatisieren 

erstellerneutrale Ansätze, um alle heterogenen 

Software-Werkzeuge und Datenmodelle in einem 

Engineering-Projekt zu integrieren als Basis für wiederkehrende 

Abläufe, Berichte und Evaluierungen 

Dieser Beitrag untersucht die Stärken und Beschränkungen 

dieser drei Ansätze in Bezug auf die zuvor identifizierten 

Bedarfe an Integration. Die Vision der Forschung des 

Christian-Doppler-Forschungslabors „ Software Engineering 

Integration für flexible Automatisierungssysteme“ 

(CDL-Flex), das von Logi.cals Automation Solutions & Services 

an der Technischen Universität Wien betrieben wird, 

ist ein Ansatz zur offenen Integration von Daten und Funktionen 

aus Software-Werkzeugen, um Abläufe in Engineering-Projekten 

systematisch zu automatisieren. Im Bereich 

herstellerneutraler Ansätze existiert keine offene Integrationsplattform 

zur Integration von Daten und Funktionen 

aus Software-Werkzeugen zur Unterstützung von Abläufen 

auf Projektebene. 


5 / 2012 

29

HAUPTBEITRAG 

1. BEDARF AN INTEGRATION VON 

SOFTWARE-WERKZEUGEN 

Dieser Abschnitt diskutiert den Bedarf an besserer Integration 

zwischen Software-Werkzeugen und deren Datenmodellen 

in der industriellen Praxis. Die Anwendungsfälle 

wurden bei Industriepartnern aus dem Bereich 

Anlagenplanung und -bau (wie Wasserkraftwerke, 

Stahlwalzwerke, chemische Prozesse) erhoben. 

1.1 Änderungsmanagement im Anlagen-Engineering 

Im verteilten und parallelen Engineering industrieller 

Anlagen wirken sich Planänderungen in einem Fachbereich 

oft auf Pläne in anderen Bereichen aus, die 

speziellen Software-Werkzeuge arbeiten aber nicht 

nahtlos zusammen. Etwa kann die Ä nderung des Typs 

eines Sensors es nötig machen, dass die Kabelführung 

im Elektroplan und die Skalierung im kontrollierenden 

Software-Programm angepasst werden müssen [ 1 ] . In 

der Anbindung von heterogenen Software-Werkzeugen 

an Abläufe in Engineering-Projekten bestehen technische 

und begriffliche Lücken, die durch Behelfsimplementierungen 

und informell organisierten Datenaustausch 

nur aufwendig und nicht ausreichend zuverlässig 

geschlossen werden. 

Tabelle 1 zeigt die Matrix der beschriebenen exemplarischen 

Anwendungsfälle und der daraus abgeleiteten 

Bedarfe (B1 bis B1 2 ) an die Integration heterogener Software-Werkzeuge. 

Für diesen Anwendungsfall lassen 

sich die folgenden Integrationsbedarfe ableiten: Das Erkennen 

und Verteilen von Planungsänderungen im 

Anlagen-Engineering soll effektiv, effizient und robust 

sein, um Fehler und Risiken in der Gesamtplanung zu 

minimieren (B1 , B2 , B7 ). Die Fachexperten sollen weiterhin 

die gewohnten Software-Werkzeuge verwenden 

können (B1 1 ). Auch vor Ort (etwa bei Inbetriebnahme 

der Anlage) vorgenommene Ä nderungen müssen erfasst 

werden können (B1 2 ). 

Ing. Prozess 

Ing. Elektrik 

Ing. Software 

Werkzeugdomäne X 

Anwender 

Engineering 

Werkzeuge &Systeme 

R&ISchema 

Wkzg. Daten 

Elektroplan 

Wkzg. Daten 

Software-Entw. 

Umgebung 

Wkzg. Daten 

Werkzeugdomäne 

X 

Wkzg. Daten 

1 

? 

2 

3 

Prozesse &Anwendungen 

auf Projektebene 

Nach 

Meilenstein B 

Ja 

Ändern & 

Informieren 

Ticket 

ausstellen 

Start 

Entwurf 

Signale 

Genehmigt? 

Genehmigen 

Customer Rep. Kundenvertreter 

Ende 

Projekt- Project 

Manager Manager 

Nein Projekt 

Teilnehmer 

Ändern 

BILD 1: Unterstützung von Geschäftsprozessen in Engineering- 

Projekten durch heterogene Software-Werkzeuge. 

BILD 2: Effiziente Navigation zwischen 

Engineering Objekten. 

S1 

S2 

S3 

S4 

S5 

Sensor 

System 

Schnittstelle 

Software Software 

Schnittstelle „Verhalten“ 

V_A 

V_B 

V_C 

V_D 

Verdrahtung Konfiguration Verwendung derDaten 

Ing. Elektrik Ing. Konfiguration Ing. Software 

BILD 3: Automatisierte Qualitätssicherung über 

Werkzeug- und Fachbereiche hinweg. 

BILD 4: Projektweite Auswertungen 

über Werkzeuggrenzen hinweg. 

BILD 5: Effiziente 

Qualitätssicherung 

der Beiträge externer 

Projektpartner. 

30 


5 / 2012

H 

1.2 Effiziente Navigation zwischen Engineering-Objekten 

Bei der Qualitätssicherung im Engineering und für die 

Inbetriebnahme einer Anlage müssen Fachexperten 

zwischen gemeinsamen Engineering-Objekten, etwa 

Signalen oder Geräten, in Plänen aus unterschiedlichen 

Bereichen navigieren, um die Plausibilität und 

Konsistenz abzusichern. Etwa: „ Zeige im Elektroplan 

die Stelle an, an der das zu dieser Variable gehörende 

Signal verwendet wird“ (siehe Bild 2 ). Die Software- 

Werkzeuge der Fachbereiche vernetzen die Engineering-Objekte 

nicht vollständig und effizient, sodass die 

Experten diese Engineering-Objekte in den Plänen 

unterschiedlicher Fachbereiche relativ aufwendig suchen 

müssen. Daraus lassen sich folgende Bedarfe ableiten: 

Die Vernetzung aller relevanten Engineering- 

Objekte mit ihren Repräsentationen in den im Projekt 

verwendeten Software-Werkzeugen soll vollständig, 

richtig und für die Navigation benutzerfreundlich verwendbar 

sein (B6 , B8 , B9 ). 

1.3 Automatisierte Qualitätssicherung 

eterogene Werkzeuglandschaften ermöglichen individuelle 

qualitätssichernde Maßnahmen in den jeweiligen 

(abgeschlossenen) Disziplinen, ohne jedoch Werkzeuge 

aus anderen Fachbereichen zu berücksichtigen. Übergreifende 

Maßnahmen (zum Beispiel Integrationstests) werden 

meist im Rahmen der Anlagenkommissionierung 

durchgeführt und sind kaum automatisiert (siehe Bild 3 : 

Automatisierter Test der durchgängigen Verbindung zwischen 

H ardware-Sensor und Software-Variable). Die manuelle 

Durchführung der Integrationstests erfordert einen 

hohen Aufwand durch Experten, die durch Automatisierung 

unterstützt werden sollen. Daraus lassen sich folgende 

Bedarfe ableiten: Erkennen von Fehlern, etwa fehlerhafte 

Pfade zwischen Sensoren/Aktoren und Software- 

Variablen, in Entwicklungsphasen und der Kommissionierung 

(B8 , B1 0 ), Ermöglichen und Verbessern von 

automatisierten Tests über Werkzeug- und Fachbereichsgrenzen 

(B5 , B7 ). 

B1 – Propagieren von Änderungen 

zwischen Werkzeugen 

B2 – Versioniertes Abspeichern 

von Werkzeugdaten 

B3 – Auswertungsmöglichkeiten 

zu durchgeführten Änderungen 

B4 – Abbildung von Projektverantwortlichkeiten 

und Stati 

verteilter Engineering Teams 

B5 – Durchgängige Sichtbarkeit 

für Projektmanagement 

B6 – Projektweit gemeinsame 

Konzepte trotz unterschiedlicher 

Repräsentation in Werkzeugen 

Änderungs 

management 

im Anlagen- 


Effiziente 

Navigation 

zwischen 

Engineering- 

Objekten 

Automatisierte 


über 

Werkzeugund 

Domänengrenzen 

Projektweite 

Auswertungen 

über 

Werkzeuggrenzen 

hinweg 

Effiziente 


der 

Beiträge externer 

Projektpartner 

B7 – Notifikation relevanter Rollen 

B8 – Identifizierung korrespondierender 

Daten elemente in unterschiedlichen 

Werkzeugen 

B9 – Ansteuerung von Werkzeugen 

entsprechend der Navigationsanforderung 

B10 – Einschränkungen und Regeln 

für gemeinsame Konzepte über 

mehrere Sichten hinweg 

B11 – Fachexperten sollen gewohnte 

Werkzeuge verwenden können 

B12 – Erfassung von vor Ort vorgenommenen 

Änderungen 

TABELLE 1: Exemplarische Anwendungsfälle und abgeleitete Bedarfe. 


5 / 2012 

31

Ä 

H 

H 

HAUPTBEITRAG 

1.4 Projektweite Auswertungen 

Im Anlagen-Engineering werden die Planungsdaten verteilter 

Bereiche parallel entwickelt, oft ohne Überblick zum 

aktuellen und realen Projektfortschritt (siehe auch Bild 4 : 

Gewerkspezifische Projektstatusinformationen bis auf Signalebene 

herab [ 2 ] ). Projektmanager und Gruppenleiter sehen 

den realen Fortschritt und etwaige Risiken typischerweise 

erst spät, etwa kurz vor Projektmeilensteinen. Insbesondere 

Planungsänderungen, die spät im Projekt erforderlich 

werden, sind oft nur unzureichend sichtbar und für 

Verbesserungen analysierbar. Daraus lassen sich folgende 

Bedarfe ableiten: Projektmanager benötigen auch zwischen 

Projektmeilensteinen einen Überblick zum Projektfortschritt 

auf Basis von aktuellen und systematisch integrierten 

Daten (B3 , B5 ). Die Daten aus allen relevanten Software- 

Werkzeugen und Systemen müssen erfasst werden (B6 ). Die 

Erfassung des Status von Engineering-Objekten muss effizient 

möglich sein (B4 ). 

1.5 Beiträge externer Projektpartner 

In Anlagen-Engineering-Projekten gibt es externe Projektpartner 

wie Kunden oder Berater, die außerhalb der 

Engineering-Umgebung des Projekts immer wieder Ä n- 

derungen an Planungsdaten durchführen. Das Einpflegen 

externer Ä nderungen in die Projektdatenhaltung ist 

aufwendig und anfällig für Fehler (siehe Bild 5 : Externe 

Bearbeitung von Signaldaten in Microsoft Excel), da die 

momentan vorhandenen Software-Werkzeuge im Anlagen-Engineering 

diesen Vorgang oft nur wenig beziehungsweise 

nur teilweise unterstützen. Durch die lange 

Dauer des Analysierens und Einpflegens externer Ä nderungen 

verändert sich oftmals inzwischen die Datenbasis 

des Projekts und erhöht weiter Aufwand und Risiken. 

Daraus lassen sich folgende Bedarfe ableiten: Das Erkennen 

der Ä nderungen externer Projektpartner muss extern 

möglich sein, sodass nur gewollte Ä nderungen ins 

Projekt Eingang finden (B1 0 , B1 1 ). Konflikte zwischen 

nderungen externer Projektpartner und zwischenzeitlichen 

Ä nderungen der Projektdatenbasis müssen effizient 

erkannt und den relevanten Personen für die benutzerfreundliche 

Auflösung zugeordnet werden (B4 , B1 2 ). 

2. A B DECKUNG DER BEDARFE DURCH 

INTEGRATIONSANSÄTZE 

Wie bereits erwähnt, können im Bereich der Integration 

von Software-Werkzeugen generell die folgenden Ansätze 

beobachtet werden: 

erstellerspezifische (proprietäre) Ansätze, um die 

Werkzeuge in der Suite eines H erstellers besser zu 

integrieren [ 3 ] 

Behelfslösungen lokaler Experten, die Lücken in der 

Anbindung von Werkzeugfunktionen und Datenbeständen 

zu Abläufen im Engineering-Projekt überbrücken, 

um diese Abläufe (teilweise) zu automatisieren 

erstellerneutrale Ansätze, um alle heterogenen 

Software-Werkzeuge [ 4 ] und Datenmodelle in einem 

Engineering-Projekt zu integrieren [ 5 -7 ] als Basis für 

wiederkehrende Abläufe, Berichte und Evaluierungen 

in einem Engineering-Projekt [ 1 , 8 ] . 

Im Bereich der herstellerspezifischen Ansätze geht der 

Trend in Richtung einer vereinheitlichten Bedienoberfläche 

und einer gemeinsamen einheitlichen Datenbasis 

über alle Software-Werkzeuge in einer definierten Werkzeug-Suite 

hinweg, um dem Maschinen- und Anlagenbauer 

das Leben zu erleichtern. Beispiele für diese Ansätze 

sind das Siemens TIA (Totally-Integrated-Automation) 

Portal, EPlan-Engineering-Center (EEC), Comos von 

Siemens; zu erwähnen sind auch das B&R Automation 

Studio, die Multiprog-Suite von KW Software oder die 

CoDeSys-Suite von 3 S. Klarer Vorteil dieses Ansatzes ist 

die erwünschte nahtlose Integration der ausgewählten 

Werkzeuge auf den Ebenen der Daten und der Werkzeugfunktionen. 

Dieser Vorteil wird allerdings durch die 

Einschränkung der verfügbaren Werkzeuge und die weiterhin 

holprige Integration von Werkzeugen und Daten 

außerhalb der Werkzeug-Suite erkauft. Allerdings haben 

die H ersteller derartiger Werkzeug-Suiten typischerweise 

beträchtlichen Aufwand in die Konzipierung des verwendeten 

Datenmodells beziehungsweise in Entwurf 

und Umsetzung der Integrationsplattform investiert. 

Einen nicht zu unterschätzenden Anteil an den in der 

Praxis verwendeten Ansätzen stellen Behelfslösungen lokaler 

Experten dar, die zum Beispiel mithilfe von gemeinsamen 

Datenbanken oder skriptbasierten Daten- und Funktionstransformationsmechanismen 

Integrationsprobleme 

adressieren. Im Bereich des Datenaustausches, zum Beispiel 

via E-Mail, hat sich auch das Verwenden von Excel-Arbeitsmappen 

etabliert, da Microsoft Excel so gut wie überall 

verfügbar und auch vergleichsweise einfach bedienbar ist, 

allerdings Ä nderungen auch fehleranfällig und nicht lückenlos 

nachvollziehbar sind. Im Bereich der herstellerneutralen 

Ansätze unterscheidet man Ansätze zur Vereinheitlichung 

beziehungsweise Integration der Datenaustauschformate 

sowie Ansätze zur funktionalen Integration von 

Software-Werkzeugen. Bekannte Vertreter der ersten Gruppe 

sind etwa die AutomationML-Initative, die PlantX ML- 

Initiative oder die NEfl1 0 0 . AutomationML [ 9 ] ist ein neutrales, 

X ML-basiertes Datenformat für die Speicherung und 

zum Austausch von Anlagenplanungsdaten, das als offener 

Standard zur Verfügung steht. Ziel der AutomationML ist 

der Austausch von Engineering-Daten in einer heterogenen 

Werkzeuglandschaft für verschiedene Disziplinen, wie zum 

Beispiel mechanisches Design, elektrisches Design, oder 

SPS-Programmierung. PlantX ML [ 1 0 ] von Evonik Degussa 

ist ebenfalls ein neutrales, X ML-basiertes Datenformat für 

die Datenkonsolidierung im Bereich der Prozess- und Verfahrenstechnik. 

Die Verwendung von X ML als Basis der 

Modellierung erlaubt es, die vorhandenen Schnittstellen 

auch bei Ä nderungen einzelner Datenmodelle weiter zu 

verwenden. PlantX ML stellt daher eine gute Basis für die 

Datenkonsolidierung dar, hat jedoch seine Grenzen bei der 

externen Kommunikation, da die verwendeten Modelle typischerweise 

nur firmeninterne Gültigkeit besitzen. 

Ein Weg zur Bereitstellung dieser Kommunikationsmöglichkeit 

ist die ISOfl1 5 9 2 6 [ 1 1 ] , welche den Anspruch stellt, 

den Informationsaustausch zwischen allen Beteiligten 

(Planer, Kontraktor, Lieferant, Betreiber, Standortbetreiber) 

in allen Phasen einer prozess- oder verfahrenstechnischen 

Anlage zu ermöglichen. Durch diesen Anspruch ist die 

ISOfl1 5 9 2 6 eine Chance zur standardisierten Kommunikation 

für die Prozessindustrie, jedoch ist diese Norm komplex 

und aufwendig in der H andhabung und einzelne 

Teile sind auch noch in der Entwicklung beziehungsweise 

im Reifungsprozess. Die Merkmalleisten der NEfl1 0 0 [ 1 2 ] 

versetzen Anwender und H ersteller von Prozessleittechnik 

32 


5 / 2012

B1 – Propagieren von 

Änderungen zwischen 

Werkzeugen 

B2 – Versioniertes 

Abspeichern von Werkzeugdaten 

B3 – Auswertungsmöglichkeiten 

zu durchgeführten 

Änderungen 

B4 – Abbildung von 

Projektverantwortlichkeiten 

und Stati verteilter 

Engineering Teams 

B5 – Durchgängige 

Sichtbarkeit für 

Projekt management 

B6 – Projektweit gemeinsame 

Konzepte trotz 

unterschiedlicher 

Repräsentation in Werkzeugen 

B7 - Notifikation 

relevanter Rollen 

B8 – Identifizierung 

korrespondierender 

Daten elemente in unterschiedlichen 

Werkzeugen 

B9 – Ansteuerung von 

Werkzeugen entsprechend 

der Navigationsanforderung 

B10 – Einschränkungen und 

Regeln für gemein same 

Konzepte über mehrere 

Sichten hinweg 

B11 – Fachexperten sollen 

gewohnte Werkzeuge 

verwenden können 

B12 – Erfassung von 

vor Ort vorgenommenen 

Änderungen 

herstellerspezifische 

Ansätze 

Nur für Werkzeuge der Werkzeug- 

Suite möglich (dadurch Einschränkung 

auf vom Hersteller vorgegebene 

Werkzeuge) 

Nur bei Unterstützung durch 

Werkzeug-Suite möglich 

(Werkzeug-Suite externe 

Versionierung wird aufgrund 

geschlossener Daten formate 

nur selten unterstützt.) 

Nur für in der Werkzeuge-Suite 

enthaltene Werkzeuge möglich 



(oder falls direkter Zugriff auf 

Daten, zum Beispiel über eine API, 

ermöglicht wird) 

Nur für in der Werkzeuge-Suite 

enthaltene Werkzeuge möglich 



(Das zu verwendende Datenmodell 

ist aber vom Hersteller 

fix vorgegeben.) 



Nur für Werkzeuge der Werkzeug- 

Suite möglich (dadurch Einschränkung 

auf vom Hersteller 

vorgegebene Werkzeuge) 


Werkzeug-Suite möglich oder 

falls direkter Zugriff auf Daten, 

zum Beispiel über eine API, 

ermöglicht wird. 


Werkzeug-Suite und nur für 

Werkzeuge der Werkzeug-Suite 

möglich 

Einschränkung auf vom Hersteller 

vorgegebene Werkzeuge 


Werkzeug-Suite möglich (Das zu 

verwendende Daten modell ist aber 

vom Hersteller fix vorgegeben.) 

Behelfslösungen 

lokaler Experten 

Nur für ursprüngliche berücksichtigte 

Anwendungsfälle 

möglich (etwaige Änderungen 

müssen aufwendig durchgeführt 

werden, dadurch erhöhte 

Fehleranfälligkeit) 

Möglich, aber meistens sehr 

aufwendig 

(Bei Änderungen der Behelfslösungen 

ist hoher Aufwand 

nötig, um vorhandene Daten 

zu aktualisieren.) 

Möglich, aber meistens nicht 

vorhanden. da hoher Zusatzaufwand 

für Implementierung 

nötig ist. 


vorhanden, da hoher Zusatzaufwand 


nötig ist. 


vorhanden. da hoher Zusatzaufwand 


nötig ist. 

Typischerweise direkte Transformation 

zwischen einzelnen 

verwendeten Werkzeugen 

(kein oder sehr einfaches 

gemein sames Datenmodell) 

Möglich, aber meistens 

sehr aufwändig 

(fehleranfällig bei Änderungen 

der Behelfslösungen) 


aufwendig 



Meistens reine 

Datenintegrations lösungen 

(keine Funktionsintegration) 

Nur manuell möglich 

(Meistens wird direkte Transformation 

verwendet, und 

daher sind keine projektweiten 

Konzepte definiert.) 

Nur für ursprünglich berücksichtigte 

Anwendungsfälle 

möglich (Etwaige Änderungen 

müssen aufwendig durchgeführt 

werden, dadurch erhöhte 

Fehleranfälligkeit.) 


aufwendig 



herstellerneutrale 

Ansätze 

Verwendete Werkzeuge können 

frei gewählt werden (erhöhter 

Grundaufwand für Einbindung 

der Werkzeuge; zusätzlich 

limitiert durch Offenheit der 

verwendeten Werkzeuge) 

Datenaustauschformate 

können unabhängig von einer 

möglichen Unterstützung der 

Werkzeuge versioniert 

abgespeichert werden. 

Für beliebige Werkzeuge 

verfügbar, oft aber hoher 

Aufwand nötig, um von 

Werkzeug-Suites bekannte 

Möglichkeiten zu bieten. 

Zusatzinformation kann 

abgebildet werden und 

ist dann, zum Beispiel in 

Abfragen, verwendbar 

Für beliebige Werkzeuge 

verfügbar, oft aber hoher 

Aufwand nötig, um von 

Werkzeug-Suites bekannte 

Möglichkeiten zu bieten. 

Das verwendete Datenmodell 

kann beliebig (zum Beispiel 

abhängig vom Anwendungsfall) 

definiert werden. 

Notifikation kann einfach und 

individuell konfiguriert werden. 

Verwendete Werkzeuge 

können frei gewählt werden. 

Bei Unterstützung des verwendeten 

Werkzeugs möglich 


können frei gewählt werden 

(Verwendetes Datenmodell 

kann beliebig definiert 

werden.) 


können frei gewählt werden. 

Verwendete Werkzeuge können 

frei gewählt werden (Verwendetes 

Datenmodell kann 

beliebig definiert werden.) 

TABELLE 2: Generelle Integra tionsansätze und adressierte 

Bedarfe für Integrationsmechanismen von Werkzeugen. 

= Bedarf wird nicht oder nur gering abgedeckt 

= Bedarf wird teilweise bzw. unter bestimmten 

einschränkenden Annahmen abgedeckt 

= Bedarf wird gut abgedeckt 


5 / 2012 

33

H 

HAUPTBEITRAG 

Projektmanager 


Cockpit 

Ing. Prozess 

Ing. Elektrik 

R&ISchema 

Wkzg. Daten 

Elektroplan 

Wkzg. Daten 

C 

C 

Konzepte auf 

Projektebene 

Automation 

Service Bus 

C 

Laufzeitdatenquellen 

Wkzg. Daten 

C 


Object Editor 

Wkzg. Daten 

Software-Entw. 

Umgebung 

Wkzg. Daten 

Ing. Kommissionierung 

Kundenvertreter 

Ing. Software 

BILD 6: Der Automation 

Service Bus als 

herstellerneutrale Brücke 

zwischen heterogenen 

Software-Werk zeugen und 

Basis für die Automatisierung 

von Engineering-Prozessen. 

(Geräten aus dem Bereich Elektro-, Automatisierungstechnik 

und Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik) in die 

Lage, nicht nur den Datenaustausch innerhalb sondern 

auch zwischen Unternehmen zu optimieren. 

Der in einem Folgebeitrag vorgestellte Automation- 

Service-Bus (ASB) ist ebenfalls ein herstellerneutraler 

Ansatz [ 4 , 8 ] und bietet Methoden und Techniken sowohl 

für Datenintegration als auch für funktionale Integration 

von Software-Werkzeugen an. Der ASB ist eine Weiterentwicklung 

des in der Business IT erfolgreichen Enterprise 

Service Bus (ESB) [ 1 3 ] für den Engineering-Bereich. 

In der Business IT hat der ESB in weiten Teilen die technische 

Integration von Systemen übernommen, die auf 

unterschiedlichen Plattformen laufen, da die Komplexität 

durch Behelfslösungen nicht mehr nachhaltig beherrschbar 

war. Ein ähnlicher Anstieg der Komplexität 

in der IT in Engineering-Unternehmen ist absehbar und 

kann mit dem ASB adressiert werden. Tabelle 2 veranschaulicht 

die Stärken und Beschränkungen dieser drei 

generellen Ansätze in Bezug auf die zuvor identifizierten 

Bedarfe an Integrationsmechanismen. Dem Vergleich in 

Tabelle 2 ist vorauszuschicken, dass auch in allen Umfeldern, 

die gut integrierte Werkzeug-Suiten verwenden, 

in den Engineering-Projekten weitere Werkzeuge eingesetzt 

werden, die nicht direkt in die Werkzeug-Suite integriert 

sind. Daher sind alle bisher von uns beobachteten 

Engineering-Umgebungen als mehr oder weniger 

heterogen einzuschätzen. 

ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 

In Engineering-Projekten für den industriellen Anlagenbau 

sind mehrere Software-Werkzeuge im Einsatz, die 

Fachexperten helfen, ihre Aufgaben gut zu erledigen, aber 

nicht nahtlos mit Abläufen im Engineering-Team auf Projektebene 

zusammenarbeiten. Gute Integration von Daten 

und Funktionen verringert das Risiko, wichtige Ä nderungen 

nicht ausreichend zu adressieren und reduziert 

auch die Kosten für Ä nderungsmanagement und Qualitätssicherung 

im Projektteam, da sich derartige Arbeitsabläufe 

in wesentlichen Teilen effizienter gestalten lassen. 

erstellerspezifische Werkzeug-Suiten können zwar den 

Großteil der vorgestellten Anwendungsfälle abdecken, allerdings 

ist die Auswahlmöglichkeit der verwendbaren 

Werkzeuge extrem eingeschränkt beziehungsweise ein zu 

verwendendes Datenmodell fix vorgeben. Im Gegensatz 

dazu ermöglichen Behelfslösungen lokaler Fachexperten 

zwar auf proprietäre Art und Weise die Datenintegration 

zwischen Werkzeugen, sind allerdings oftmals fragil und 

fehleranfällig im H inblick auf Ä nderungen. H erstellerneutrale 

Ansätze schränken die Auswahl der verwendbaren 

REFERENZEN 

[1] Waltersdorfer, F., Moser, T. Zoitl, A. et al.: Version 

Management and Conflict Detection Across Heterogeneous 

Engineering Data Model. In: 8th IEEE International 

Conference on Industrial Informatics (INDIN 2010), 

S. 928 - 935, IEEE, 2010, 

[2] T. Moser, R. Mordinyi, D. Winkler et al., “Engineering Project 

Management Using The Engineering Cockpit,” in IEEE 9th 

International Conference on. Industrial Informatics 

(INDIN'2011), Caparica, Lisbon, Portugal, 2011, pp. 579 - 584. 

[3] H appacher, M.: Benchmark für das Engineering! 

(Editorial), computer & automation 11, S. 3, 2011. 

[4] Biffl, S.; Schatten, A.: A Platform for Service-Oriented 

Integration of Software Engineering Environments.In: 

8th Conference on New Trends in Software Methodologies, 

Tools and Techniques (SoMeT 09), S. 75 - 92, 2009. 

[5] Drath, R.; Fay, A.: Erfahrungen bei der Nutzung einer neutralen 

XML-Beschreibungsform verfahrenstechnischer Anlagen für 

den Datenaustausch zwischen dem Process Engineering und 

dem Control System Engineering. In GMA-Fachtagung 

„Engineering in der Prozessindustrie", S. 145-155, 2002. 

[6] Drath, R.; Fedai, M.: CAEX – ein neutrales Datenaustauschformat 

für Anlagendaten. Teil 1. atp – Automatisierungstechnische 

Praxis 46(2), S. 52-56, 2004. 

[7] Mayr, G.; Drath, R.: IEC PAS 62424 – Grafische Darstellung 

PLT-Aufgaben und Datenaustausch zu Engineering-Systemen, 

atp – Automatisierungstechnische Praxis 49(5), S. 22-29, 2007. 

[8] Biffl, S.; Schatten, A.; Zoitl, A.: Integration of Heterogeneous 

Engineering Environments for the Automation Systems 

Life cycle. In: 7th IEEE International Conference on Industrial 

Informatics (INDIN 2009), S. 576 - 581, 2009. 

34 


5 / 2012

Werkzeuge und zu verwendenden Datenmodelle in keiner 

Weise ein und stellen dadurch den aus Fachexpertensicht 

nützlichsten Ansatz dar; allerdings erfordern diese Ansätze 

oft einen erhöhten Grundaufwand für die Einbindung der 

Werkzeuge, da es keine offene Integrationsplattform zur Integration 

von Daten und Funktionen aus Software-Werkzeugen 

zur Unterstützung von Abläufen auf Projektebene gibt. 

Aus der Evaluierung ergibt sich Entwicklungsbedarf, 

um für die Praxis eine ausreichende Unterstützung von 

typischen Anwendungsfällen in der Projektpraxis auch in 

einer heterogenen Software-Landschaft zu ermöglichen. 

Die Integration von Daten und Funktionen aus Software- 

Werkzeugen für Arbeitsabläufe auf Projektebene wird in 

Forschung und Praxis zunehmend adressiert. Allerdings 

ist der detaillierte systematische Vergleich schwierig, da 

die relevanten Informationen nicht leicht verfügbar sind. 

In diesem Bereich wäre die Definition von Benchmarks 

sinnvoll, die einen objektiven Vergleich ermöglichen. 

Der zweite Teil des Beitrags stellt einen neuen herstellerneutralen 

Ansatz zur Integration von Software-Werkzeugen 

vor, den Automation Service Bus (ASB), Basierend 

auf dem in der Wirtschaftsinformatik erfolgreichen 

Ansatz des Enterprise Service Bus [ 4 ] wurden dafür die 

für das Engineering-Umfeld erforderlichen Verbesserungen 

vorgenommen, um das „ Engineering Polynesien“ 

systematisch zu integrieren (siehe Bild 6 ). Das „ Engineering 

Babylon” wird dadurch adressiert, dass genau die, 

von den Fachexperten für die Kooperation benutzten, 

gemeinsamen Konzepte modelliert, auf die lokalen Repräsentationen 

der Software-Werkzeuge abgebildet und 

so für Maschinen verständlich gemacht werden. 

Der ASB hat das Potenzial, wesentliche Lücken bisheriger 

herstellerneutraler Ansätze zu schließen, um Vorteile, 

die bisher nur mit herstellerspezifischer Integration erreicht 

werden konnten, auch für die Integration heterogener 

Werkzeuge zu ermöglichen. Durch die Integration von Daten 

und Funktionen werden neue Funktionen auf Projektebene 

ermöglicht, etwa die Navigation zwischen Sichten 

auf ein mechatronisches Objekt in den unterschiedlichen 

Werkzeugen; oder Datenauswertungen auf Projektebene 

über heterogene Datenmodelle in den Werkzeugen hinweg. 

MANUSKRIPTEINGANG 

10.02.2012 

Im Peer-Review-Verfahren begutachtet 

[9] Drath, R.: Datenaustausch in der Anlagenplanung 

mit AutomationML: Integration von CAEX, PLCopen 

XML und COLLADA S. 326, Springer-Verlag Berlin 

Heidelberg, 2010. 

[10] Anhäuser, F. ; Richert, H.; Temmen, H.: Degussa PlantXML 

– Integrierter Planungsprozess mit flexiblen Bausteinen, 

atp - Automatisierungstechnische Praxis 46(10), 2004. 

[11] ISO 15926: Industrial automation systems and integration 

- Integration of life-cycle data for process plants including 

oil and gas production facilities, Part 1: Overview and 

fundamental principles, 2004. 

[12] NE 100: Nutzung von Merkmalleisten im PLT-Engineering- 

Workflow, Namur, 2010. 

[13] Chappell, D.: Enterprise Service Bus - Theory in Practice. 

O’Reilly Media, 2004. 

AUTOREN 

Ao. Univ.Prof. DI Mag. 

Dr.techn. STEFAN BIFFL 

(geb. 1 9 6 7 ) ist Leiter des 

Christian Doppler Forschungslabors 

„ Software 

Engineering Integration für 

flexible Automatisierungssysteme“ 

(CDL-Flex) an der 

Fakultät für Informatik der 

Technischen Universität Wien. Seine Forschungsinteressen 

liegen im Bereich der 

Produkt- und Prozessverbesserung für Software-intensive 

Systeme sowie der empirischen 

Evaluierung im industriellen Umfeld. 

Technische Universität Wien, 

Favoritenstr. 9-11/188, A-1040 Wien, 

Tel. +43 1 58 80 11 88 10, 

E-Mail: stefan.biffl@tuwien.ac.at 

DI Mag. Dr.techn. RICHARD 

MORDINYI (geb. 1 9 7 9 ) ist 

Postdoc im Christian 

Doppler Forschungslabor 

„ Software Engineering 

Integration für flexible 

Automatisierungssysteme" 

(CDL-Flex) an der Fakultät 

für Informatik der Technischen 

Universität Wien. Seine Forschungsinteressen 

liegen im Bereich der Modell-getriebenen 

Konfiguration von Integrationsplattformen, 

Agilen Software-Architekturen und 

sicheren Koordinationsstrategien in komplexen 

verteilten Systemen. 



Tel. +43 1 588 01 18 80 51, 

E-Mail: richard.mordinyi@tuwien.ac.at 

Mag. Dr.rer.soc.oec. 

THOMAS MOSER (geb. 1 9 8 1 ) 

ist Postdoc im Christian 

Doppler Forschungslabor 

„ Software Engineering 

Integration für flexible 

Automatisierungssysteme“ 

(CDL-Flex) an der Fakultät 

für Informatik der Technischen 

Universität Wien. Seine Forschungsinteressen 

liegen im Bereich der Datenmodellierung 

und Datenintegration für Software-intensive 

Systeme sowie im Bereich Semantic Web. 

Institut für Softwaretechnik und interaktive Systeme, 



Tel. +43 1 588 01 18 80 51, 

E-Mail: thomas.moser@tuwien.ac.at 


5 / 2012 

35

HAUPTBEITRAG 

Datenkonsistenz mit 

AutomationML herstellen 

Konzept für heterogene Engineering-Werkzeug-Landschaften 

Dieser Beitrag stellt ein neuartiges Konzept vor, in einer heterogenen Landschaft von 

Engineering-Werkzeugen Konsistenz zwischen Planungsdaten herzustellen, ohne die betreffenden 

Engineering-Werkzeuge tief miteinander zu integrieren. Dazu wird eine vermittelnde 

Kollaborationssoftware eingeführt. Diese muss keine Kenntnis von den beteiligten 

Werkzeugen besitzen, sondern stellt, basierend auf einem neutralen Datenaustauschformat, 

generische Kollaborationsfunktionen zur Verfügung. 

SCHLAGWÖRTER Datenkonsistenz / AutomationML / Engineering / heterogene Werkzeuglandschaft 

Achieving data consistency with AutomationML – 

A concept for heterogeneous engineering tools 

This contribution proposes a novel concept to achieve data consistency across engineering 

tools in a heterogeneous tool landscape without the need for deep tool integration. We 

propose introducing a middleware solution which provides generic collaboration functionality 

on top of a neutral intermediate file. 

KEYWORDS data consistency / AutomationML / engineering / heterogeneous tool 

landscape 

36 


5 / 2012

RAINER DRATH, MARIO HOERNICKE, BEN SCHRÖTER, ABB Forschungszentrum 

Die Planung fertigungs- und verfahrenstechnischer 

Anlagen erfordert ein orchestrier - 

tes Zusammenarbeiten von Ingenieuren unterschiedlicher 

Disziplinen mit ihren individuellen 

Engineering-Werkzeugen. Selbst in 

kleinen Anlagen werden dabei einzelne domänenspezifische 

Teilbereiche zerlegt, wie zum Beispiel die Elektroplanung, 

Schaltschrankplanung sowie die Programmierung 

von SPSen, Antrieben, Sicherheitssteuerungen 

und Robotern. 

Das Engineering innerhalb dieser Gewerke erfolgt in 

der Praxis – wie in Bild 1 als Netzwerk von Aktivitäten 

dargestellt – parallel und verzahnt. Dabei werden eine 

Vielzahl effizienter und leistungsfähiger Engineering- 

Werkzeuge eingesetzt [ 1 ] , [ 2 ] . J e nach Art und Umfang 

der Projekte sind Abteilungen, Firmen, Dienstleister 

und Zulieferer aus unterschiedlichen Regionen, Ländern, 

Kontinenten und Kulturkreisen beteiligt: Es handelt 

sich dabei um eine heterogene Werkzeuglandschaft 

in Kombination mit einem räumlich und zeitlich verteilten 

Personenkreis. Dies gilt für fertigungstechnische 

und prozesstechnische Anlagen [ 3 ] . Welche Antworten 

geben Werkzeughersteller, um diese H erausforderungen 

zu bewältigen? 

J eder SPS-, Roboter- oder Antriebshersteller liefert für 

das Engineering seiner Geräte ein eigenes individuelles 

Konfigurationswerkzeug. Die Konfiguration der Geräte 

erfolgt in der Regel ohne eine übergeordnete Koordinations- 

oder Kooperationssoftware. Nach Fertigstellung 

der Programmier- und Konfigurationsarbeit wird das 

Zusammenspiel der unterschiedlichen Komponenten bei 

der Inbetriebnahme systemweit getestet. Die Anlage 

funktioniert aber nur im Idealfall auf Anhieb. In der 

Praxis verzögert sich häufig die Fertigstellung, weil Fehler 

aus der vorausgegangenen Planung auftreten: Vereinbarungen 

wurden nicht von allen Beteiligten korrekt 

verstanden beziehungsweise konsequent umgesetzt, 

Konventionen für Signalnamen und -belegungen wurden 

verändert, Stromlaufpläne sind aufgrund später Ä nderungen 

nicht mehr aktuell, die Kommunikation zwischen 

Steuerungen funktioniert nicht. 

Viele der genannten Fehler ließen sich vermeiden, 

wenn die Planungsdaten zuvor werkzeugübergreifend 

auf Konsistenz geprüft oder die Konsistenz bereits während 

des Engineerings überwacht worden wäre. So definiert 

beispielsweise ein SPS-Programmierer binäre Ausgangssignale, 

die dem Roboterprogrammierer als Zustands- 

oder H andshakesignale dienen. Oder ein Schaltschrankplaner 

verwendet diese Signale, um deren 

Verkabelung und Anschlussplanung im Schaltschrank 

durchzuführen. Diese Beispiele verdeutlichen, wie stark 

die tägliche Arbeit der Planungsingenieure innerhalb 

ihrer unabhängigen Planungswerkzeuge miteinander 

verwoben ist. Doch die verwendeten Engineering-Werkzeuge 

unterschiedlicher H ersteller sind nicht dafür konzipiert 

– sie wurden unabhängig voneinander entwickelt 

und kennen sich nicht. Allerdings müssen diejenigen 

Planungsdaten, die die Interaktion zwischen den Automatisierungskomponenten 

beschreiben, über alle betroffenen 

Engineering-Werkzeuge konsistent gehalten werden 

(siehe Bild 2 ). Die dazugehörigen Datenobjekte werden 

im Folgenden als Kollaborationsobjekte bezeichnet. 

1. METHODISCHE GRUNDLAGEN 

Die Fähigkeit zur Interaktion zwischen Engineering- 

Werkzeugen (vergleiche [ 4 ] ) wird mit dem Begriff der Interoperabilität 

zusammengefasst. 

„ Interoperabilität zwischen Engineeringwerkzeugen 

verfolgt das Ziel, Konsistenz zwischen den Daten einer 

Werkzeugkette computergestützt, systematisch und wiederholt 

herstellen zu können.“ [ 5 ] . 

Als Voraussetzung für Interoperabilität gelten die 

durch den GMA-Fachausschuss 6 .1 2 („ Durchgängiges 

Engineering von Leitsystemen“ ) hinsichtlich des Informationsaustausches 

definierten Attribute durchgängig, 

vernetzt und offen. Die Vernetzung der Werkzeuge 

über offene Schnittstellen offeriert die Möglichkeit 

eines durchgängigen Engineerings entlang des 

Engineering-Workflows, gewerke- und unternehmensübergreifend 

[ 6 ] . 


5 / 2012 

37

HAUPTBEITRAG 

act Gesamt-Engineering-Prozess 

Teile-Design 

BILD 1: Typischer Engineering-Workflow 

im Fertigungsumfeld 

Standard-Anlagenplanung 

Planung der realen Anlage 

Construction / 

Manufacturing 

act Funktionales Engineering 

Standard-Anlagenplanung 

Anlagenplanung 

Mechanische Planung 

Abstrakter Materialflußsimulation 

Angebot 

verfeinerte Materialflußsimulation 

Steuerungsplanung 

Roboter- 

Simulation 

Elektroplanung 

HMI 


Roboter Offlineprogrammierung 

Virtuelle Inbetriebnahme 

Commissioning / Production 

Vor-Inbetriebnahme- 

Inbetriebnahme 

Betrieb 

BILD 2: Zwischen Engineering-Werkzeugen 

verteilte Kollaborationsobjekte 

In der Praxis haben sich zwei methodische Ansätze 

zur Erstellung interoperabler Engineering-Werkzeuge 

etabliert: 

a | eine tiefe Integration der Werkzeuge basierend auf 

einer gemeinsamen Datenbank 

b | eine lose Kopplung und Interaktion über einen Dateiaustausch, 

in der Regel jedoch ohne die Möglichkeit, 

die Daten automatisch zu übernehmen 

Unter [ 5 ] findet sich ein vergleichender Überblick über 

beide Varianten. Die tiefe Integration ist im Allgemeinen 

nur für solche Werkzeuge möglich, die sich im Besitz 

eines Softwareherstellers befinden. Allerdings verwenden 

Ingenieure in der Praxis gerne die für ihre Einsatzzwecke 

am besten geeigneten Werkzeuge – und die meisten 

am Markt befindlichen Werkzeuge stammen von 

unterschiedlichen H erstellern. Das vorgestellte Konzept 

verfolgt daher Variante b). 

1.1 Anforderungen 

Der Kern des Konzeptes besteht darin, für die Interoperabilität 

zwischen Werkzeugen ein vermittelndes Kollaborationswerkzeug 

einzuführen. Dazu müssen folgende 

Anforderungen erfüllt sein: 

1 | Das Werkzeug muss keine Kenntnisse über die Datenmodelle 

der beteiligten Werkzeuge benötigen 

und die Unabhängigkeit der Werkzeuge untereinander 

bewahren. 

2 | Das Werkzeug muss Kollaborationsfunktionen zur 

Verfügung stellen, die beim klassischen dateibasierten 

Datenaustausch fehlen, zum Beispiel die 

Ermittlung von Inkonsistenzen, Ä nderungsmanagement 

oder Benachrichtigungsfunktionen. 

Grundlage für diese Funktionen ist ein gemeinsames 

Datenformat. 

3 | Das Werkzeug muss konzeptionell unabhängig von 

den verwendeten Werkzeugen oder dem Workflow 

arbeiten – und sich somit in vorhandene Werkzeuglandschaften 

und Workflows einführen lassen. 

4 | Mit den zum Datenaustausch verwendeten Kollaborationsobjekten 

muss ein Großteil der Schnittstellendaten 

abgedeckt werden. Sie sollen jedoch 

werkzeugspezifisch erweiterbar sein, um auch über 

Standarddaten hinausgehende Informationen zur 

Verfügung stellen zu können. 

5 | Das Werkzeug muss dem Eigentümer der Daten 

Rückmeldung über die Verwendung der Kollaborationsobjekte 

geben. Mögliche Ausprägungen sind 

„ nicht verwendet“ , „ verwendet und konsistent“ 

oder „ verwendet, aber nicht konsistent“ . 

6 | Der Datenaustausch muss auf etablierten Standardtechnologien 

basieren. 

2. GRUNDIDEE UND KONZEPT 

Das Grundkonzept lässt sich mit einem interaktiven Vorgang 

des Verleihens von Daten vergleichen. Anstelle einer 

tatsächlichen Datenübergabe im Sinne eines Kopierens 

leiht ein Ingenieur dem anderen lediglich seine 

38 


5 / 2012

Ä 

Engineering-Daten. Er gewährt damit einen reduzierten 

Einblick auf die für den anderen relevanten Daten. Der 

benötigte Leihgegenstand, beispielsweise ein Signal, 

wird von beiden Ingenieuren im Kollaborationswerkzeug 

durch Auswahl der entsprechenden Kollaborationsobjekte 

interaktiv festgelegt – aber er verbleibt nach dem 

Vorgang des Leihens im Besitz des verleihenden Ingenieurs. 

Der andere Ingenieur kann das geliehene Kollaborationsobjekt 

sehen und verwenden, aber er kann es 

weder ändern noch löschen. 

Wesentlicher Bestandteil der Kollaborationsobjekte ist 

die Referenz zu den jeweiligen Ursprungsdaten. Mithilfe 

dieser Referenz erhält der leihende Ingenieur jederzeit 

die Möglichkeit zu prüfen, ob das von ihm verwendete 

Artefakt noch aktuell ist, wohingegen der Eigentümer 

jederzeit prüfen kann, wem er welche Daten verliehen 

hat und ob diese Daten tatsächlich verwendet werden. 

ndert der Eigentümer ein verliehenes Kollaborationsobjekt, 

wird der Leihende darüber informiert. 

2.1 Das Eigentumskonzept 

Das Konzept verlangt einen gerichteten Datenfluss vom 

Erzeuger der Daten zu einem Konsumenten. Der Erzeuger 

ist dabei der Eigentümer der Daten, er ist für die Freigabe, 

für die Korrektheit und für die Ä nderungen verantwortlich. 

Mit dem Datenaustausch wird diese Verantwortung 

im Gegensatz zum klassischen Dateiaustausch 

nicht aufgegeben, sondern durch das Verleihkonzept 

bewahrt. Nur der Eigentümer darf Daten ändern. Der 

Empfänger hingegen darf die geliehenen Daten zwar verwenden, 

jedoch nicht ändern. 

2.2 Kollaborationsobjekte 

Das Ideal des Datenaustausches wäre ein weltweit vereinbartes 

und akzeptiertes Weltmodell des Engineering. Bekanntermaßen 

sind jedoch in den hier betrachteten Domänen 

alle Bemühungen und Ansätze in dieser Richtung 

an der Komplexität, an der Vielzahl von Werksnormen, 

Standards und Gewerken gescheitert. Ohne Vereinbarungen 

lässt sich ein elektronischer Datenaustausch jedoch 

nicht wirtschaftlich realisieren. 

Das Konzept der Kollaborationsobjekte verfolgt die 

Idee, nur die tatsächlich benötigte Schnittmenge der Daten 

zu standardisieren, beispielsweise ein H andshake- 

Signal. Solche Mikro-Datenmodelle sind insbesondere 

im Fertigungsumfeld einfach genug, um Konsens über 

ein zugehöriges Datenmodell zu erlangen. 

Ein Kollaborationsobjekt ist ein Engineering-Objekt 

einer Anlage (mit zugehörigen Attributen), welches von 

mehreren domänenspezifischen Projektingenieuren in 

verschiedenen Engineering-Werkzeugen instanziiert, 

konfiguriert und zugleich im Engineeringprozess über 

alle beteiligten Werkzeuge hinweg konsistent gehalten 

werden muss [ 5 ] . 

Auf diese Weise wird der Datenaustausch innerhalb 

einer heterogenen Werkzeuglandschaft signifikant vereinfacht 

– Kollaborationsobjekte bieten ein effizientes 

Verhältnis zwischen Standardisierungsaufwand und 

praktischer Anwendbarkeit. Kollaborationsobjekte 

sind an keinen internationalen Standard gebunden. 

Im Gegenteil, sie können kleine, lokale Projektstandards 

umsetzen oder auch existierende Ergebnisse 

ontologiebasierter Forschungsarbeiten aufgreifen, zum 

Beispiel [ 9 ] , oder Standards wie [ 1 0 ] , [ 1 1 ] oder [ 1 2 ] nutzen. 

Das vorgestellte Konzept schreibt kein Datenmodell 

vor, sondern ist konzeptionell auf künftige Standards 

vorbereitet. 

2.3 Rückführungsauswertung 

Das Konzept der Rückführung stellt einen Rückbezug 

zwischen geliehenen Daten und ihren Originalen her. 

Dabei werden drei Auswertungen durchgeführt: 

Rückführung 1 : 

Die Information, welche Daten vom Empfänger tatsächlich 

verwendet werden, wird dem Eigentümer 

zurückgesendet. 


Ein automatischer Vergleich zwischen verliehenen 

Daten mit ihrem Original ermöglicht die automatische 

Erkennung relevanter Ä nderungen. 


Die Information, welche Ä nderungen vom Empfänger 

bestätigt und somit verarbeitet sind, wird dem 

Dateneigentümer zurückgesendet. 

Diese drei Rückführungen ermöglichen der Kollaborationssoftware, 

die Konsistenz zwischen relevanten Daten 

automatisch zu prüfen. So wird verhindert, dass Datenstände 

unerkannt auseinanderdriften. 

2.4 Vorgehensmodell 

Das Konzept des Datenaustausches sieht technisch folgende 

Schritte vor (siehe auch Bild 3 ): 

1 | Eine Exportersoftware exportiert relevante Daten 

aus dem Quellwerkzeug. Diese ist auf das Quellwerkzeug 

zugeschnitten und kennt dessen Datenmodell. 

Beim Export transformiert sie (ausschließlich) 

die interessierenden Datenobjekte in individuell 

vereinbarte oder standardisierte Kollaborationsobjekte. 

2 | Die Daten werden im genannten Kollaborationswerkzeug 

verwaltet und visualisiert. H ier erhält 

der Datenbesitzer die Möglichkeit, Datenempfänger 

zu definieren und aus dem Pool der verfügbaren 

Kollaborationsobjekte diejenigen auszuwählen, 

die für den Datenempfänger relevant sind. 

Dies entspricht einem Freigabeprozess. Weiterhin 

wird ein gemeinsamer Ort auf einem beliebigen 

Filesharingsystem vereinbart, der für den Datenaustausch 

verwendet wird. 

3 | Die aktuelle Implementierung der ausgewählten 

Kollaborationsobjekte kann zum gewünschten 

Zeitpunkt vom Dateneigentümer mit H ilfe des Kollaborationswerkzeugs 

in eine Übergabedatei kopiert 

werden. Neben den Kollaborationsobjekten 

enthält diese Datei Verweise auf die Originalobjekte 

im Software-Werkzeug des Dateneigentümers. 

Diese Datei wird im definierten Ordner abgelegt. 


5 / 2012 

39

HAUPTBEITRAG 

4 | Der Empfänger nimmt diese Datei entgegen und 

kann sie mithilfe eines Importers in sein Werkzeug 

überführen. Der Importer kennt die vereinbarten 

Kollaborationsobjekte sowie das Datenmodell des 

Zielwerkzeuges. Der tatsächliche Import einzelner 

Daten in das Zielwerkzeug wird hierbei explizit 

quittiert beziehungsweise abgelehnt. An jedes einzelne 

Kollaborationsobjekt wird dabei die Information 

angehängt, in welcher Ausprägung es verwendet 

wird (siehe Abschnitt 1 .1 Anforderung 5 ). Diese 

Information wird dem Kollaborationswerkzeug 

übermittelt und steht damit dem Dateneigentümer 

zur Verfügung. 

5 | Erfolgen während des Engineerings im Quellwerkzeug 

Ä nderungen an freigegebenen und verwendeten 

Daten, entstehen Inkonsistenzen. Daher ermittelt das 

Kollaborationswerkzeug anhand der vom Empfänger 

tatsächlich verwendeten Daten diejenigen Ä nderungen, 

die für jeden Empfänger individuell relevant 

sind. Der Dateneigentümer kann daraufhin entscheiden, 

ob er die Ä nderungen in seinem Engineering- 

Werkzeug aufgrund von zu hohen Ä nderungsaufwänden 

in den Zielwerkzeugen noch einmal überarbeitet 

oder die Ä nderungen an die Datenempfänger 

freigibt. Ö ffnet der Empfänger die freigegebenen 

Daten, dann wird er vom Kollaborationswerkzeug 

sowohl über Ä nderungen gegenüber der letzten Version 

als auch über Inkonsistenzen zur Implementierung 

in seinem Zielwerkzeug hingewiesen. Inkonsistenzen 

werden somit für alle Beteiligten transparent. 

Die Übernahme der geänderten Kollaborationsobjekte 

erfolgt analog zu Schritt 4 . 

Die Grundlage von Kollaborationsfunktionen wie Ä nderungsberechnungen 

oder Benachrichtigungssysteme ist 

ein gemeinsames Datenformat. H ierfür wird Automation- 

ML [ 7 ] verwendet. Die Nutzung der X ML-Syntax eignet 

sich besonders für den Datenaustausch zwischen Engineering-Werkzeugen 

[ 8 ] . 

Dadurch ensteht ein Wirkmechanismus, der die Kollaborationsobjekte 

auf Basis einfacher Konfigurationsdateien 

konsistent halten kann. Die einzige Anforderung 

an die IT-Infrastruktur ist ein gemeinsam genutzter 

Datei server. Auf die Einrichtung von Datenbanken oder 

Webservices kann verzichtet werden. 

2.5 Beispiel 

Im Folgenden wird das Vorgehensmodel anhand eines 

Beispiels erläutert. Exemplarisch wird dazu der Austausch 

eines einzelnen Signals zwischen einem SPS- 

Programmierer und einem Roboterprogrammierer betrachtet. 

Der Dateneigentümer ist der SPS-Programmierer, 

der Roboterprogrammierer ist der Datenempfänger. Gemäß 

dem unter 2 .4 vorgestellten Vorgehensmodell werden 

folgende Phasen durchschritten: 

Schritt 1 – Export der Daten aus dem SPS-Engineering- 

Werkzeug: Als erstes wird aus dem SPS-Engineering-Werkzeug 

ein Export in AutomationML durchgeführt. Dieser 

Export enthält alle Daten, inklusive der Elternobjekte, die 

auch für andere Planungsphasen oder -werkzeuge interessant 

sein können. In diesem Beispiel sind dies vier Signale 

– zwei digitale Eingänge und zwei digitale Ausgänge. 

Bild 4 illustriert das beschriebene Vorgehen. Nachdem 

der Export ausgelöst wurde, werden die Daten aus dem 

SPS-Engineering-Werkzeug (links) exportiert (1 ) und im 

Kollaborationswerkzeug (rechts) dargestellt (2 ). 

Schritt 2 – Verleihen des Signals: „ Digital Input 1 “ soll 

an den Roboterprogrammierer verliehen werden. Der 

SPS-Programmierer benutzt das Kollaborationswerkzeug 

zur Freigabe und definiert zunächst die Empfänger 

(Bild 5 ). Die Beispieldaten sollen an zwei Empfänger 

verliehen werden, den Roboterprogrammierer und einen 

anderen Empfänger. 

Für den Roboterprogrammierer wird „ Digital Input 1 “ 

durch Setzen eines H äkchens in der entsprechenden 

Zelle freigegeben (Bild 5 ). Die Daten sind damit zum Verleihen 

vorbereitet. 

Schritt 3 – Versand des verliehenen Signals zum Roboterprogrammierer: 

Die zum Verleih freigegebenen Daten, 

im Beispiel „ Digital Input 1 “ , werden anschließend 

vom Kollaborationswerkzeug in eine Übergabendatei 

extrahiert und an einem zuvor vereinbarten Ort abgelegt. 

Der Roboterprogrammierer nutzt das Kollaborationswerkzeug, 

um die ihm geliehenen Daten anzuzeigen und 

in das Roboter-Engineering-Werkzeug zu importieren (1 ). 

In Bild 6 werden die Daten, die im Kollaborationswerkzeug 

auf SPS Seite freigegeben wurden (links), mit der 

Ansicht der Daten im Kollaborationswerkzeug auf Roboterseite 

(rechts) dargestellt. Der Roboterprogrammierer 

sieht nur noch „ Digital Input 1 “ und die darüber liegende 

Struktur, also nur die für ihn relevanten Daten. 

Schritt 4 – Importieren des Signals ins Roboter-Engineering-Werkzeug: 

Das geliehene Signal „ Digital Input 

1 “ wird abschließend in das Roboter-Engineering-Werkzeug 

importiert. Der Roboterprogrammierer benutzt hierzu 

ebenfalls das Kollaborationswerkzeug. 

Wie in Bild 7 dargestellt wird zunächst der Import 

ausgelöst, welcher das freigegebene Signal in das Zielwerkzeug 

(rechts) überführt. Wenn die Daten erfolgreich 

importiert wurden, wird dies im Kollaborationswerkzeug 

(links) bekannt gegeben und entsprechend quittiert. 

Schritt 5 – Anzeige und Quittieren des geänderten 

Default-Wertes: Nachdem der Roboterprogrammierer das 

Signal in sein Werkzeug importiert hat, findet im Laufe 

des Engineering eine Ä nderung auf der SPS-Seite statt. 

Der Dateneigentümer hat den Default-Wert des Signals 

verändert und damit eine Inkonsistenz zwischen 

dem SPS-Engineering-Werkzeug und dem Roboter- 

Engineering-Werkzeug verursacht. Diese wird auf Dateneigentümerseite 

(Bild 8 , links) und auf Empfängerseite 

(Bild 8 , rechts) farblich am Objekt und auch am 

geänderten Attribut markiert. Wenn der Empfänger 

diese Ä nderung verarbeitet hat, kann dieser die Ä nderung 

quittieren und damit die Inkonsistenz auf beiden 

Seiten aufheben. 

2.6 U nterschiede zum klassischen 

dateibasierten Datenaustausch 

Der skizzierte Ansatz unterscheidet sich konzeptionell 

erheblich von klassischen dateibasierten Ansätzen. Im 

Vergleich zum traditionellen Dateiaustausch werden die 

Konzepte der Kollaborationsobjekte, der Eigentümerschaft 

sowie der Rückmeldung der Verwendung eingeführt. 

H ierbei werden folgende Aspekte umgesetzt: 

40 


5 / 2012

Fokussierung auf Kollaborationsobjekte: Nur diejenigen 

Objekte werden ausgetauscht, die tatsächlich gemeinsam 

verwendet werden. Eine Ö ffnung der Engineering-Werkzeuge 

ist somit nur sehr eingeschränkt erforderlich und stellt 

keine Gefahr für deren H ersteller dar. Eine herstellerübergreifende 

und flexible Mikro-Standardisierung von Datenmodellen 

für derartige Kollaborationsobjekte ist greifbar. 

Bereitstellung von Kollaborationsfunktionen: Das 

Kollaborationswerkzeug verfügt über generische Kollaborationsfunktionen 

wie Ä nderungsmanagement 

und Benachrichtigungssysteme. Diese funktionieren 

unabhängig vom Datenmodell der beteiligten Werkzeuge 

und den tatsächlich verwendeten Kollaborationsobjekten. 

Transparente Eigentumsverhältnisse: Das explizit vorgesehene 

Konzept der Dateneigentümerschaft löst das 

bekannte Problem der bidirektionalen Datensynchronisation 

durch eine unidirektionale Verbindung. Verant- 

Werkzeug 1 

Werkzeug 2 

Exporter 2 

Werkzeug 3 

Export aller 

Kollaborationsobjekte 

Exporter 1 

Exporter 3 

Werkzeug 

für Dateneigentümer 

Auswahl der 

Empfänger und 

Zuordnung der 


Kollaborationswerkzeug 

Rückmeldung 

zur 

Verwendung 

Änderungsmanagement 

Versionierung 

Schreibgeschützte Kopie 

der geliehenen Daten 

Mitteilungen 

. . . 

Import der 


Importer A 

Werkzeug A 

Importer B 

Werkzeug B 

Importer C 

Werkzeug C 

BILD 3: Konzept des Datenaustausches 

zwischen zwei Engineering-Werkzeugen 

BILD 6: Eigentümer- und Empfängeransicht 

des Kollaborationswerkzeuges 

BILD 4: Export interessanter Daten 

aus dem SPS-Engineeringwerkzeug 

BILD 7: Import von Daten in das Zielwerkzeug 

BILD 5: 

Freigabe des Signals und 

seiner Elternobjekte in der 

Kollaborations software 

als Vorbereitung zum 

Verleih an den 

Roboter programmierer 

BILD 8: Zwei Sichten des Deltamanagements 


5 / 2012 

41

HAUPTBEITRAG 

wortlichkeiten und Zugehörigkeiten sind Teil des Konzeptes 

und dadurch klar definiert. Ein kontrollierter 

bidirektionaler Datenaustausch ist durch Einführung 

des umgekehrten Leih-Weges möglich. 

Rückmeldung der Verwendung: Dem Eigentümer wird 

zurückgemeldet, welche Kollaborationsobjekte verwendet 

werden. Dies ist die Basis für ein Ä nderungsmanagement. 

Wahrung der Unabhängigkeit der Engineering-Werkzeuge: 

Die Engineering-Werkzeuge müssen nicht verändert 

werden, eine Abstimmung zwischen den H erstellern 

der Werkzeuge ist nicht erforderlich. Ä nderungen an den 

Werkzeugen können den Komfort des Konzeptes erhöhen, 

sind aber nicht zwingend erforderlich. 

AUTOREN 

ZUSAMMENFASSUNG 

Dieser Beitrag stellt ein neuartiges Konzept vor, die Konsistenz 

von verteilten Engineeringdaten ohne tiefe Integration 

der beteiligten Planungswerkzeuge zu erreichen. 

Dazu wurden grundlegende Möglichkeiten der Interoperabilität 

diskutiert und Anforderungen an ein praxistaugliches 

Kollaborationswerkzeug formuliert. Abschließend 

wurden die benötigten Konzepte sowie das zugrundeliegende 

Vorgehensmodell erläutert und anhand eines Beispiels 

demonstriert. 


08.12.2011 

REFERENZEN 


Dr.-Ing. RAINER DRATH (geb. 1 9 7 0 ) ist 

Senior Principal Scientist im ABB 

Forschungszentrum Deutschland in 

Ladenburg. Er beschäftigt sich mit der 

Entwicklung neuer Konzepte und 

Methoden zur Verbesserung des Engineering 

von Automatisierungssystemen. 

ABB Forschungszentrum Ladenburg, 

Wallstadter Str. 59, D-68526 Ladenburg, 

Tel. +49 (0) 6203 71 64 71, E-Mail: rainer.drath@de.abb.com 

Dipl.-Ing. (FH ) MARIO HOERNICKE 

(geb. 1 9 8 4 ) ist wissenschaftlicher Mitarbeiter 

des ABB Forschungszentrums Deutschland. 

Sein H auptinteresse gilt der Entwicklung 

neuer und innovativer Engineering- 

Konzepte, unter anderem im Bereich 

Emulation von Leitsystemfunktionen und 

Subsystemen, sowie der Automation des 

Engineerings. 

ABB AG Forschungszentrum Ladenburg, 


Tel. +49 (0) 6203 71 62 66, E-Mail: mario.hoernicke@de.abb.com 

Dr.-Ing. BEN SCHRÖTER (geb. 1 9 7 7 ) ist 

wissenschaftlicher Mitarbeiter der 

Abteilung „ Industrial Software and 

Applications“ des ABB Forschungszentrums 

Deutschland. Sein Arbeitsschwerpunkt 

ist die Entwicklung von Methoden 

zur Verbesserung des Engineerings von 

automatisierten Systemen in der diskreten 

Fertigung. 

ABB Forschungszentrum Ladenburg, 


Tel. +49 (0) 6203 71 62 76, E-Mail: ben.schroeter@de.abb.com 

[1] Weidemann, D.; Drath, R.: Übersicht von Softwarewerkzeugen 

im Engineering. In: Drath, R. (Hrsg.): 

Datenaustausch in der Anlagenplanung mit AutomationML, 

S. 5. Springer Verlag Berlin Heidelberg, 2010. 

[2] Drath, R.; Fay, A.; Schmidberger, T.: Computer-aided 

design and implementation of interlock control code. 

In: Tagungsband “IEEE Conference on Computer Aided 

Control Systems Design” , S. 2652-2658. IEEE, 2006. 

[3] Drath, R.: Die Zukunft des Engineering. Herausforderungen 

an das Engineering von fertigungs- und 

verfahrenstechnischen Anlagen. In: Tagungsband 

Karlsruher leittechnisches Kolloquium 2008, S. 33-40, 

Fraunhofer IRB Verlag, Karlsruhe, 2008 

[4] Tauchnitz, T.; Maier, U.: Prozessleitsysteme (PLS). In: 

K. F. Früh, U. Maier, D. Schaudel (Hrsg.): Handbuch der 

Prozessautomatisierung – Prozessleittechnik für 

verfahrenstechnische Anlagen. , S. 191, 4. Auflage, 

Oldenbourg Industrieverlag München, 2009. 

[5] Drath, R.; Fay A.; Barth, M.: Interoperabilität von 

Engineering-Werkzeugen. at – Automatisierungstechnik 

59(9), S. 598-607, 2011 

[6] Fay, A.: Engineering in vernetzten, offenen, durchgängigen 

Systemen. In: at – Automatisierungstechnik 53 

(4-5), S. 205-210, 2005 

[7] Drath, R (Hrsg.): Datenaustausch in der Anlagenplanung 

mit AutomationML. Springer Verlag, Berlin, 2009 

[8] Epple, U.: Austausch von Anlagenplanungsdaten auf 

der Grundlage von Metamodellen. Atp - Automatisierungstechnische 

Praxis 45 (7), S. 61-70, 2003 

[9] Wiesner, A.; Wiedau, M.; Marquardt, W.; Temmen, H.; 

Richert, H.; Anhäuser, F.: Wissensbasierte Integration 

und Konsolidierung von heterogenen Anlagenplanungsdaten. 

atp edition - Automatisierungstechnische 

Praxis 52(4), S. 48-58, 2010. 

[10] I SO 15926. Industrial automation systems and 

integration of life-cycle data for process plants 

including oil and gas production facilities 

[11] I SO10303: Automation systems and integration 

— Product data representation and exchange, formerly 

known as STEP, Standard for the Exchange of Product 

model data 

[12] N E 100: Merkmalleisten zur Erstellung von PLT-Gerätespezifikationen. 

Namur, 2003 

42 


5 / 2012

Abo plus 


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Automatisierungstechnik 

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Rücksendung der Sache widerrufen. Die Frist beginnt nach Erhalt dieser Belehrung in Textform. Zur Wahrung der Widerrufsfrist genügt die rechtzeitige Datum, Unterschrift 

PAATPE0212 

Absendung des Widerrufs oder der Sache an den Leserservice atp, Franz-Horn-Str. 2, 97082 Wü rzburg 

Nutzung personenbezogener Daten: Für die Auftragsabwicklung und zur Pfl ege der laufenden Kommunikation werden personenbezogene Daten erfasst, gespeichert und verarbeitet. 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 Fachangebote informiert und beworben werde. Diese Erklärung kann ich mit Wirkung für die Zukunft jederzeit widerrufen.

HAUPTBEITRAG 

Automatisiertes 

Kommunikationsengineering 

Kommunikationsstrukturen aus Planungsdaten erzeugen 

Dieser Beitrag präsentiert ein Planungsassistenzsystem für die integrierte Kommunikationsplanung 

einer prozesstechnischen Anlage. Ziel des Ansatzes ist es, die Ingenieure 

dabei zu unterstützen, die Anforderungen der Prozessführung bei der Gestaltung der 

industriellen Kommunikation optimal zu berücksichtigen – ausgehend von bestehenden 

Basisplanungsdaten der Elektro-, Mess-, Steuer- und Regelungstechnik (EMSR), der Verfahrenstechnik, 

der Sicherheitstechnik und der Aufstellungsplanung. Das System hilft 

bei der Auswahl der optimalen Kommunikationstechnologie, entwirft Strukturen für das 

EMSR-Mengengerüst (Signale von Sensoren beziehungsweise zu Aktoren) und generiert 

ein detailliertes Mengengerüst für die industrielle Kommunikation. Damit wird erstmals 

der Feldbusplanungsprozess nach NAfl1 1 4 mit H ilfe einer technologieunabhängigen Werkzeugkette 

durchgängig unterstützt. 

SCHLAGWÖRTER Feldbus / Integriertes Engineering / Automatisierung der 

Auto matisierung / Entscheidungsunterstützung 

Automated communications engineering – 

Generating structures supported by integrated basic engineering data 

This paper presents a support system for integrated communication planning for a process 

plant. The goal is to meet the process communication requirements of the engineer on the 

basis of the basic engineering data from the various departments relating to control engineering, 

process design, safety, and construction. The system helps with the selection of 

the optimum communication technology, and automatically calculates the structure and 

material take off (MTO) of required communication equipment. For the first time, the 

fieldbus planning process according NA 1 1 4 is supported by an integrated and technology-independent 

tool chain. 

KEYWORDS fieldbus / integrated engineering /automation of automation / 

decision support 

44 


5 / 2012

FALK DOHERR, MARKUS STÖSS, LEON URBAS, Technische Universität Dresden 

Beim Engineering technischer Anlagen müssen 

vielfältige H erausforderungen bewältigt werden 

[ 1 ] . Neue Technologien können sich nur 

durchsetzen, wenn sie bereits im Engineering 

beherrschbar sind. Somit ist Engineering eine 

Schlüsselkomponente zur Verbreitung neuer Technologien 

und gewährleistet die Investitionssicherheit für 

zukünftige Entwicklungen. Die digitale Signalübertragung 

bis zu den Feldgeräten (Feldbus) ist solch eine Technologie, 

die viele Vorteile besitzt, aber speziell in der 

Prozessindustrie nur langsam Einzug hält. Eine Ursache 

liegt im Engineering der Feldbussysteme; effiziente und 

phasenübergreifende Planungsunterstützungssysteme 

sind derzeit nicht verfügbar. Dieser Beitrag zeigt einen 

innovativen Forschungsansatz zur Entscheidungs- und 

Planungsunterstützung für die feldnahe Kommunikation 

in der Prozessindustrie. Das System NetGen: X integriert 

alle für das Kommunikationsengineering notwendigen 

Daten der unterschiedlichen Gewerke. Dies reicht 

von den funktionalen Anforderungen der Prozessführung 

an Instrumentierung und Automatisierung, über 

die Aufstellungsplanung bis hin zu elektrischen und 

logischen Eigenschaften und Randbedingungen konkreter 

Feldbustechnologien. 

1. KOMMUNIKATION IN DER PROZESSAUTOMATISIERUNG 

Kommunikationseinrichtungen sind Kernkomponenten 

der Anlagenautomatisierung, die im Idealfall aus Sicht 

der Prozessführung vollkommen transparent arbeiten. 

Um dies effizient und effektiv zu gewährleisten, ist eine 

Strukturierung des industriellen Kommunikationsnetzwerkes 

sinnvoll. 

1.1 Arten der Signalanbindung 

Im Normalbetrieb wird unidirektional und kontinuierlich 

ein Datum pro Feldgerät übertragen. Im Inbetriebnahme-, 

Wartungs- oder Fehlerfall müssen hingegen 

viele Diagnose- und Parameterinformationen bidirektional 

übertragen werden. Kiupel [ 2 ] bezeichnet diese 

als Zusatzinformation. Bild 1 zeigt schematisch die in 

der Prozessindustrie verwendeten Ankopplungsarten 

von Signalen der Feldgeräte an die prozessnahen Komponenten 

(PNK) des Leitsystems. 

Bei der konventionellen Verdrahtung werden für jedes 

binäre und analoge Feldsignal zwei bis vier Leitungen 

für die Signalübertragung zwischen Feldgerät und 

zentralem Schaltraum gezogen. Dabei werden die in 

NEfl6 [ 3 ] und DINflIECfl6 0 3 8 1 [ 4 ] definierten Strom- und 

Spannungssignale verwendet und diese mittels Feldverteilern 

(J unction Box), Stammkabel und Rangierverteilern 

an die Eingangs-/Ausgangsbaugruppen der PNK 

angeschlossen. 

Remote I/O (RIO) ist eine Signalanbindungsart, die die 

konventionelle Verdrahtung im Feld beibehält. Die 

Klemmkästen im Feld werden durch RIO-Einheiten ersetzt, 

die mit einem digitalen Bussystem an den 

Schaltraum angebunden sind. Dadurch verringert sich 

der Verdrahtungsaufwand und Platzbedarf in den Schalträumen 

deutlich. Nachteilig ist, dass der Platzbedarf im 

Feld steigt und die funktionalen Beschränkungen der 

konventionellen Verdrahtung bestehen bleiben. 

Bei der direkten Anbindung der Feldgeräte an die PNK 

über digitale Feldbussysteme werden die im Feldgerät 

digitalisierten und normierten Signale zu den PNK übertragen. 

J e nach Anwendungsfall kommen unterschiedliche 

Bussysteme zum Einsatz. Die Unterschiede äußern 

sich beispielsweise in der Topologie, den Datenübertragungsraten 

oder der maximal möglichen Kabellänge und 

der Anzahl der Teilnehmer pro Segment. Für den praktischen 

Einsatz von Feldbussystemen in verfahrenstechnischen 

Anlagen stellt NE 7 4 [ 5 ] Anforderungen und gibt 

eine Empfehlung für den hierarchischen Aufbau der 

Feldbussysteme (Bild 2 ): „ Ein schneller H 2 -Feldbus, der 

optional auch redundant sein kann, verbindet die prozessnahen 

Komponenten (PNK) mit H 1 -Bussegmenten. 

An diese sind Feldgeräte angeschlossen, welche bei Installation 

im Ex-Bereich zusammen mit dem H 1 -Bus explosionsgeschützt 

ausgeführt sind. Da die Datenübertra- 


5 / 2012 

45

HAUPTBEITRAG 

gungsgeschwindigkeit eines H 1 -Busses deutlich niedriger 

ist (3 1 ,2 5 kbits) als die des H 2 -Busses, können je H 2 - 

Linie mehrere H 1 -Busse bearbeitet werden." [ 5 , S.7 ] . 

Typische Vertreter der H 1 -Ebene sind Profibus PA, Foundation 

Fieldbus H 1 , AS-Interface, DeviceNet und Profinet 

I/O. Vertreter der H 2 -Ebene sind Profibus DP, Foundation 

Fieldbus H SE und Profinet. 

Mit allen drei Signalanbindungsarten lässt sich Zusatzinformation 

übertragen. Die bidirektionale Übertragung 

zum Feldgerät erfolgt bei konventioneller Verdrahtung 

und Remote I/O mittels H ART (H ighway-Adressable-Remote-Transducer). 

Dies ist allerdings mit 

zusätzlichem Aufwand (H ART-Multiplexer oder H ARTfähige 

Ein/Ausgangsbaugruppen) verbunden. Die erreichbare 

Übertragungsgeschwindigkeit ist technologiebedingt 

gering – in einer Sekunde werden zwei bis 

drei Werte übertragen. Die digitalen Feldbusse hingegen 

können zyklisch mehrere Prozesssignale pro Feldgerät 

sowie azyklisch Zusatzinformation mit der prinzipiell 

gleichen Geschwindigkeit übertragen. Sie bieten darüber 

hinaus eine Reihe von Vorteilen gegenüber der konventionellen 

Verdrahtung: 

flexible Strukturierbarkeit 

schnelle und einfache Parametrierung und Diagnose 

Reduktion des Verkabelungsaufwands 

weniger Schaltschrankbedarf 

keine aufwendige Signalrangierung 

nur eine A/D-Wandlung (direkt im Feldgerät) 

weniger Aufwände im Leitsystem (beispielsweise 

keine Signalnormierung) 

prädiktive Instandhaltung 

In allen Phasen des Engineerings der Prozessleittechnik 

sind die Kommunikationseinrichtungen zu betrachten: 

beginnend bei der Erarbeitung der Konzepte, über Festlegung 

der zu realisierenden Technologie, Spezifikation 

des Leitsystems, Erstellung der EMSR-Stellen- und 

Montagepläne, Errichtung, Inbetriebnahme bis hin zum 

Betrieb der Anlage [ 6 ] . 

Die Abschätzung in frühen Planungsphasen und die 

Ausführungsplanung (Detailengineering) der konventionellen 

Verdrahtung sind vergleichsweise einfach. Es 

gibt nur wenige zu berücksichtigende Randbedingungen, 

wie die Beschränkung der Kabellängen durch den 

maximal tolerierbaren Spannungsabfall oder die Trennung 

von Spannungsebenen in Stammkabeln und Trassen. 

Die Massenbearbeitung ist durch CAE-Werkzeuge 

der EMSR-Technik zudem sehr gut unterstützt und 

kennzahlorientierte Kostenschätzungsverfahren liefern 

gute Ergebnisse. 

Bei Feldbussystemen ist die Komplexität beim Engineering 

und im Betrieb deutlich höher, da eine Reihe 

von verknüpften Zwangs- und Randbedingungen, wie 

beispielsweise Teilnehmeranzahl pro Segment, Kabellängen 

und Übertragungsgeschwindigkeit, zu berücksichtigen 

sind. Eine Kostenschätzung in frühen Engineeringphasen 

ist schwierig. Ferner wachsen die Erfahrungen 

der Ingenieure mit den existierenden Technologien 

nur langsam, was auch auf die Diversität der 

verfügbaren Systeme zurückzuführen ist [ 7 ] . H inzu 

kommt, dass gerade in frühen Planungsphasen keine 

adäquaten Unterstützungswerkzeuge für das Engineering 

existieren. Kommerziell verfügbare Konfigurationswerkzeuge 

für Feldbusse, wie H W-Config [ 8 ] , das 

ABB Layout-Werkzeug (Profibus, Foundation Fieldbus) 

[ 9 ] , den Pepperl+ Fuchs SegmentChecker [ 1 0 ] oder DesignMATE 

[ 1 1 ] , unterstützen lediglich das Zeichnen, 

Parametrieren und Prüfen von Feldbussen und deren 

Komponenten. Somit sind diese Werkzeuge erst für die 

Ausführung der Detailplanung verwendbar; für die 

Technologieauswahl, Kostenschätzung und Basisplanung 

eignen sie sich nicht. Der Betrachtungshorizont 

beschränkt sich zudem meist auf ein einziges Feldbussegment. 

Das bedeutet für die Massenbearbeitung einen 

erheblichen manuellen Zusatzaufwand. Besondere 

Nachteile ergeben sich jedoch aus dem engen Fokus auf 

die elektrischen und logischen Eigenschaften der Feldbusse. 

Die Werkzeuge berücksichtigen weder die funktionale 

und topologische Struktur einer Anlage, noch 

deren hierarchischen Aufbau. Eine einfache Datenintegration 

in die CAE-Werkzeuge der EMSR und Verfahrenstechnik 

wird nicht unterstützt. Zusammenfassend 

lässt sich sagen, dass die verfügbaren Systeme den Planer 

bei der technologiespezifischen Detailplanung eines 

kleinen Teilbereichs ausreichend unterstützen, aber bei 

datenintegrierten Massenbearbeitungen oder einer 

technologieunabhängigen Entscheidungsunterstützung 

unter Berücksichtigung von allgemeinen Anforderungen 

und Kosten nicht verwendet werden können. 

1.2 Engineering 

2. NETGEN:X-ANSATZ 

Die wirtschaftlichen und technologischen Vorteile von 

Bussystemen gegenüber der konventionellen Verdrahtungstechnik 

hat bereits die FuRIOS-Studie verifiziert 

[ 1 2 ] [ 1 3 ] . Auch die Anwenderseite bestätigt entscheidende 

Vorteile beim Einsatz von Buslösungen [ 1 4 ] . „ H eute 

[ ist] die ,Beweislast‘ für die Legitimation eines Feldbusses 

andersherum zu definieren, das heißt es ist darzulegen, 

warum man keinen Feldbus einsetzen soll“ [ 2 , 

S. 2 7 ] . Dennoch findet eine Verdrängung der konventionellen 

Verdrahtung, auch in neuen Großprojekten, nur 

langsam statt. Als größtes H emmnis wurde die fehlende 

Unterstützung im Engineering, speziell in den frühen 

Planungsphasen, herausgestellt. In [ 1 5 ] wird ein 

erster Ansatz beschrieben, der auf Basis eines Mengengerüsts 

der EMSR-Technik, der topologischen Vorgaben 

der Anlage und der Randbedingungen von Feldbustechnologien 

ein Mengengerüst der Kommunikationseinrichtungen 

erzeugt. NetGen: X erweitert diesen Ansatz 

zu einem interaktiven System mit Entscheidungs- und 

Planungsunterstützung für industrielle Kommunikationsnetzwerke 

in prozesstechnischen Anlagen. 

Die automatische Erzeugung und Analyse von Kommunikationsnetzen 

und die Anwendung graphenbasierter 

Lösungsmuster wird in der Wissenschaft bereits 

über 2 0 J ahre behandelt [ 1 6 ] [ 1 7 ] . NetGen: X überführt 

46 


5 / 2012

die theoretischen H erangehensweisen in einen integrierten 

Engineeringsystemansatz, der sich für Technologieauswahl, 

Kostenschätzung und Basisplanung 

einsetzen lässt. 

2.1 Allgemeiner Systemaufbau 

Der Systemaufbau von NetGen: X (Bild 3 ) orientiert 

sich an dem in NAfl1 1 4 [ 1 8 ] beschriebenen Vorgehensmodell 

zur Planung von Feldbussystemen. Die darin 

erläuterten Arbeitsschritte lassen sich wie folgt auf die 

Komponenten und Schnittstellen der Softwarearchitektur 

abbilden: 

Ermittlung des EMSR-Mengengerüsts – Extraktion 

des Mengengerüsts der Instrumentierung aus den 

CAE-Systemen und Import in die NetGen: X -Umgebung 

Extraktion der feldbusrelevanten Geräte – Filterung 

und Strukturierung der Eingangsdaten nach Anforderung 

des Nutzers 

Festlegung der Bustechnologie und Festlegung der 

Segmentanbindung – Vorschlag durch ein Entscheidungsunterstützungssystem 

anhand funktionaler und 

nicht-funktionaler Anforderungen an die Kommunikation 

beziehungsweise Vorgabe von konkreten Kommunikationstechnologien 

für die Ebenen H 1 und H 2 . 

Ermittlung der Anbindungskomponenten – Erzeugung 

und Optimierung der Kommunikationsstrukturen 

auf den Ebenen H 1 und H 2 im Network-Layout- 

Designer 

Entwicklung des elektrischen Layouts – Export des 

Mengengerüsts der Kommunikationseinrichtungen 

und der Verbindungsinformationen 

Aus dem Mengengerüst der Instrumentierung wird zunächst 

durch die Anforderungen des Nutzers und die 

Process Communication Fact Base (PCFB) ein angereichertes 

und strukturiertes EMSR-Mengengerüst erzeugt, 

dass in einer Instrumentation-Data-Base abgelegt 

wird. Die darin abgelegte Information wird über das 

Instrumentation Data Base Interface (IDBI) von dem 

Network Layout Designer ausgelesen. Dieser erzeugt 

eine mathematische, graphen-theoretische Abstraktion 

der angeforderten Kommunikationsbeziehungen und 

entwirft eine Netzwerktopologie, die die in der PCFB 

für die Zieltechnologie abgelegten Randbedingungen 

erfüllt. Ergebnisse dieses Entwurfsschritts sind derzeit 

vor allem quantitative Daten wie Mengengerüst, Kosten 

und Verbindungsinformation, aber auch qualitative 

Aussagen wie Reserven oder Robustheit. 

2.2 Verwendete Planungsdaten 

NetGen: X setzt voraus, dass das EMSR-Mengengerüst 

bereits bekannt ist. Der Import erfolgt über eine X ML- 

Datei, die aus der Datenbasis des CAE-Werkzeugs für 

die Instrumentierung erzeugt wird. Die prozesstechnischen 

Anforderungen an Feldgeräte müssen dabei 

in eine technologische H ierarchie nach DINflENfl6 1 5 1 2 - 

1 [ 1 9 ] eingeordnet und den Einzelsteuereinheiten zugeordnet 

sein (Bild 4 ). Um bereits frühe Planungsphasen 

zu unterstützen, ist der Umfang der beschreibenden 

Information pro Gerät bewusst klein gehalten: 

Benötigt werden die Art der Signalanbindung (Analog/ 

Digital, Eingang/Ausgang), der Instrumententyp (Temperaturtransmitter, 

Regelventil), die Art der PNK und 

räumliche Information. Da letztere in frühen Planungsphasen 

noch nicht genau definiert ist, kann das 

System je nach Planungsfortschritt unterschiedliche 

Detailierungsgrade verarbeiten: 

Typ 1 (Vorplanung) – Feldgeräte sind einem Baufeld 

zugeordnet, 

Typ 2 (Basisplanung) – Feldgeräte sind einen Planquadrat 

und einer H öhenebene zugeordnet 

Typ 3 (Ausführungsplanung) – Feldgeräte besitzen 

konkrete Koordinaten (X ,Y ,Z) 

Schaltraum PNK 

E/ABaugruppe 

Feld 

ABK 

Rangierverteiler 

Feldverteiler 

Feldgerät 

PNK 

Klassisch Remote I/O Feldbus 

Kanal 

1 2 3 4 

Buskarte 

Feldbuskarte 

1 2 3 4 

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 

BILD 1: Anbindungsarten von Feldsignalen an 

prozessnahe Komponente Prozess- beziehungsweise 

Sicherheitssystem [2, S.27] 

HE HE HE 

K 

K 

FG 

FG 

FG 

FG 

FG 

FG =Feldgeräterät 

ABK =Anzeige- und Bedienkomponente 

PNK =Proz 

essnahe Komponente 

FG 

FG 

FG 

PLS Bus 

H2 Bus optional 

redundant 

H1 Bus 

Segmente 

PLS =Proz 

essleitsystem 

H1 =Feldbus im EX-Berei 

ch 

H2 =Feldbus schnell 

K 

FG 

FG 

IK 

FG 

FG 

PNK 

IK =Ingenieurkonsole 

HE =Hilfsenergiergi 

e 

K = Segmentkoppler 

BILD 2: Hierarchischer Aufbau eines Feldbussystems H1- und 

H2-Bus (leicht veränderte Darstellung aus [5, S. 13]) 


5 / 2012 

47

HAUPTBEITRAG 

Für Typ 1 und 2 werden für die späteren Berechnungen 

konkrete Koordinaten auf Basis von Verteilungsfunktionen 

errechnet. Für ein spezifisches Feldgerät wird eine 

definierte Koordinate bestimmt, die dem späteren tatsächlichen 

Einbauort nicht entspricht. Für das einzelne 

Feldgerät führt dies bei Kabellängen und Kosten zu erheblichen 

Fehlern. Da die Fehler jedoch nicht gerichtet 

sind, ist davon auszugehen, dass diese sich bei einer 

großen Menge an Feldgeräten gegenseitig aufheben. 

Die PCFB ist ein strukturierter Fakten- und Regelspeicher, 

der Aussagen zu den Eigenschaften von Kommunikationsstrukturarten 

enthält. Er ist erweiterbar 

ausgelegt und eingeteilt in Technologie der Ebenen H 1 

und H 2 . Er enthält wesentliche Strukturinformationen, 

die für eine Auswahl, eine Entscheidungsunterstützung 

und den Network-Layout-Designer relevant 

sind, wie mögliche Topologien, maximale Teilnehmeranzahl, 

Segmentlängen oder Buszugriffsverfahren. 

BILD 3: 

Allgemeiner Systemaufbau 

von NetGen:X 

Input 

Integration der automatisch erzeugten 

Kommunikationsstrukturen 

Output 

CAE – System 

Datenbank 

¢ Mengengerüst M e n g e n g e der d e r 

Instrumentierung 

I n m e n tie n g 

¢ 3D 3 D Layout y o u t I nformationenn a n e n 

Filter und 

Strukturierung 

¢ Entscheid ungsunterstützung 

¢ Festlegung von 

Verdrahtungsspezifikationen 

NetGen:X Umgeb ung 

Instrumentation 

Data Base 

Interface (IDBI): 

angereichertes 

und strukturiertes 

Mengengerüst der 

Instrumentierung 

Netw ork 

Layout 

Designer 

¢ Erzeugung und 

Optimierung der 


Quantity 

¢ Mengengerüst des 

Kommunikationsequipments 

¢ Verbind ungsinformationen 

¢ Kosteninformationen 

Enterprise 

Proce ss 

Communication 

Fact Base (PCFB) 

¢ generisch g e n e strukturierter 

k tu rie rter 

Speicher e e r der d e r Eigenschaften e n a von v o n 


m m u n a n k tu re n 

¢ Kla ssifikation a n in System- - und u n d 

Feldkommunikation 

k o m m u n a n 

Fact Base I nterface (FBI ): Schnittstelle zur 

Bereitstellung der Strukturinformationen der 

Kommunikationstechnologien (Eigenschaften, 

Randbedingungen, ...) 

Quality 

¢ Zuverlä ssigkeitsaussagen 

¢ Füllgrade und 

Auslastung 

Site 

Area 

CommunicationBlock 

1 1 

CentralPoint 

1 

Process Cell 

1..* 

SystemBlock 

+Paren 

t:CommunicationBlock 

1 

Unit 

1..* 

FieldBlock 

+Paren 

t:SystemBlock 

BILD 5: Aufbau des 

Instrumentation Data Base 

Interface [20, Bild 3] 

1 

Equipment 

Modul 

Control 

Modul 

BILD 4: Physikalisches 

Modell einer Prozessanlage 

nach DIN EN 61512 [19, S. 8] 

1..* 

FieldDeviceList 

+Paren 

t:FieldBlock 

1 

1..* 

FieldDevice 

+ID 

+Position 

+SignalType 

+Name 

+FunctionID 

+... 

48 


5 / 2012

H 

2.3 NetGen:X-Umgebung 

Filterung und Strukturierung 

Die erste der beiden Kernkomponenten der NetGen: X - 

Umgebung dient der Anpassung und Anreicherung des 

importierten EMSR-Mengengerüsts zur optimalen Initialisierung 

der Netzwerk-Layout-Design-Komponente, 

Sie ermöglicht es dem Nutzer, Anforderungen an die 

Kommunikationsstruktur einfließen zu lassen. Diese 

Filterungs- und Strukturierungskomponente bietet unter 

anderem folgende Möglichkeiten: 

Filterung und Gruppierung der Eingangsdaten auf 

allen Ebenen der technologischen H ierarchie nach 

DIN EN 6 1 5 1 2 -1 [ 1 9 ] 

Festlegung ebenenspezifischer und ebenenübergreifender 

Kriterien beziehungsweise Zwangsbedingungen 

für die Verdrahtungsstruktur (zum 

Beispiel getrennte Verdrahtung aller Signale unterschiedlicher 

Teilanlagen, Trennung von digitalen 

und analogen Signalen, Trennung redundanter 

Signale, Anzahl der Stichleitungen pro Verteilerkomponente) 

Definition einzuhaltender Reserven 

Integration von Kostenmodellen für Kabel und Kommunikationskomponenten 

Weiterhin ist vom Nutzer zu spezifizieren, wie welche 

Art von Instrumenten beziehungsweise Gruppe von 

Instrumenten jeweils auf H 1 - und H 2 -Ebene angebunden 

werden (zum Beispiel konventionell, Profibus DP/ 

PA, Foundation Fieldbus). Die Festlegung kann manuell 

erfolgen. Dies würde dem Szenario entsprechen, dass 

der Nutzer bereits eine spezifische Kommunikationstechnologie 

vorgeben möchte, weil diese Technologie 

vorgegeben ist oder verschiedene Technologien gezielt 

verglichen werden sollen. 

Eine weitere Möglichkeit stellt die Verwendung des 

Entscheidungsunterstützungssystems dar. Dabei kann 

der Nutzer seine Anforderungen an die Kommunikation 

in Dialogform formulieren und erhält vom Unterstützungssystem, 

das dabei auf die PCFB zurückgreift, Vorschläge, 

welche Kommunikationsstrukturarten sich für 

seine Anforderungen und das vorliegende Mengengerüst 

der Instrumentierung am besten eignen. Dies würde dem 

Szenario entsprechen, dass der Nutzer keine Vorgabe für 

eine spezifische Kommunikationslösung machen möchte 

beziehungsweise kann, aber dennoch eine automatisch 

erzeugte Kommunikationsstruktur für die optimal 

geeignete Technologie erhalten möchte. 

Aufbauend auf den Festlegungen in dieser Komponente 

wird das IDBI erzeugt, welches das angereicherte und 

strukturierte EMSR-Mengengerüst darstellt. Bild 5 zeigt 

den hierarchischen Aufbau des IDBI, das in [ 2 0 ] detaillierter 

beschrieben wird. 

Network-Layout-Designer 

Die zweite Kernkomponente erzeugt auf Basis des IDBI 

ein Kommunikationsnetzwerk, welches den Anforderungen 

des Planers und den Restriktionen der verschiedenen 

Kommunikationssysteme genügt. Die H auptaufgabe ist 

dabei die Ermittlung von Anbindungskomponenten 

(NAfl1 1 4 [ 1 8 ] ). Der Network Layout Designer verfolgt bei 

dieser Ermittlung vier Grundkonzepte [ 2 0 ] : 

H 1 H 2 

4 [ 5 ] 

H 1 H 2 1 2 

H 1 

1 | Unterteilung der Netzwerkplanung in - und - 

Ebene gemäß NE7 

2 | Definition der zentralen Anschlussmöglichkeiten 

der Kommunikationstechnik an die PNK 

3 | Segmentkoppler stellen die Verbindung zwischen 

den -Bussegmenten und dem -Bus (H -H - 

Gateways) dar 

4 | Auf -Ebene werden Feldbarrieren als Signalverteiler 

genutzt 

Der Designer kalkuliert Ergebnisse mithilfe eines abstrakten 

Datenmodells, welches das Kommunikationsnetzwerk 

als Graph aus Knoten und Kanten beschreibt; 

Knoten repräsentieren Geräte und Kanten Verbindungen 

der Signalübertragung. Auf Basis dieser Abstraktion 

können Algorithmen verwendet werden, die aus der 

Graphentheorie allgemein bekannt und erprobt sind. 

Unter anderem werden Clustering-Verfahren [ 2 1 ] und 

Algorithmen für das Problem des H andlungsreisenden 

(Traveling-Salesman-Problem, TSP) eingesetzt. Letztere 

lassen sich bei kleinen Netzwerken durch Brute-Force- 

Methoden [ 2 2 ] lösen, bei größeren Netzwerken werden 

genetische Algorithmen [ 2 3 ] zur Suche nach einer approximierten 

Lösung genutzt. Der Algorithmus arbeitet 

Bottom-Up von H 1 - zu H 2 -Ebene eine feste Sequenz von 

Schritten ab, die im Folgenden am Beispiel Profibus PA/ 

DP illustriert ist. 

H1-Layout: 

Begonnen wird mit einem Clustering-Verfahren, das Feldgeräte 

zu Feldbarrieren zuordnet, welche für Profibus-PA- 

Netzwerke bevorzugt zu verwenden sind [ 2 4 ] . Anschließend 

werden die einzelnen Feldbarrieren an die H 1 -Bussegmente 

angeschlossen. Dies erfolgt durch die Lösung 

des TSP und eine anschließende Segmentierung. Dabei 

werden die Restriktionen des Bussystems berücksichtigt. 

Im Anschluss werden für die entstandenen Segmente 

Segmentkoppler erzeugt, welche nahe der zentralen 

Punkte zu installieren sind, um die H 2 -Bus-Verkabelung 

zu reduzieren. 

H2-Layout: 

Aufgabe des H 2 -Busses ist es, die einzelnen Segmente einzusammeln. 

Dies geschieht durch das Lösen des TSP zwischen 

dem Segmentkoppler und gegebenenfalls weiteren 

2 -Geräten im selben Systemblock. Anschließend erfolgt 

eine Segmentierung auf H 2 -Ebene, welche ebenfalls die 

Kriterien für das H 2 -Bussystem erfüllen muss. Eine Anbindung 

der H 2 -Busse an die Kommunikations-Ports der 

PNKs erfolgt direkt, wenn es die Restriktionen zulassen, 

oder unter Verwendung von Signalauffrischern (Repeater). 

2.4 Ergebnisse 

Die erzeugten Strukturen und Ergebnisse lassen sich 

innerhalb der NetGen: X -Umgebung betrachten, wie 


5 / 2012 

49

HAUPTBEITRAG 

beispielhaft in Bild 6 zu sehen. Um den integrativen 

Charakter des Werkzeugs auch auf der Ergebnisseite 

zu gewährleisten, sind diese in verschiedene Formate 

exportierbar. Die Ergebnisse lassen sich in einen quantitativen 

und einen qualitativen Bereich diskutieren. 

Quantität 

Es werden Mengengerüste für die benötigten Netzwerkkomponenten 

und Kabel erzeugt, mit denen es möglich 

ist, ein erstes MTO (Material Take-Off) und eine erste 

Kostenaufstellung zu bilden. Weiterhin werden die 

Segmentinformationen der entstehenden Bussegmente, 

wie Teilnehmeranzahl, Stichleitungslänge, Segmentausdehnung 

erzeugt. Diese Verbindungsinformationen 

lassen sich auslesen und zur Rückführung von Verdrahtungsinformationen 

in die CAE-Werkzeuge der 

Instrumentierung nutzen. Ein Export der Verbindungsinformationen 

in das GML-Format ist realisiert und 

ermöglicht die Darstellung der automatisch generierten 

Verbindung in Grapheneditoren (GML – Geography- 

Markup-Language: X ML-Dialekt für Geodaten). Bild 7 

präsentiert das Beispiel aus Bild 6 im Grapheneditor 

yEd [ 2 5 ] . Die räumlichen Informationen rücken bei der 

Anpassung der Darstellung im Editor in den H intergrund, 

dafür wird eine übersichtliche Darstellung der 

automatisch erzeugten Kommunikationsstruktur leicht 

ersichtlich. 

Qualität 

Neben quantitativen Informationen muss ein solches 

Unterstützungs- und Planungssystem zur automatischen 

Generierung von Strukturen auch Auskunft über die erzeugte 

Qualität liefern. Durch diese Qualitätsinformationen 

können Rückschlüsse auf die Funktionsfähigkeit 

des Systems per se und auf die getroffenen Angaben und 

Annahmen in der Komponente „ Filterung und Strukturierung“ 

getroffen werden. Neben Füll- beziehungsweise 

Nutzungsgrad der Netzwerkkomponenten soll das System 

in Zukunft auch Zuverlässigkeitsaussagen über die 

Netzwerkstruktur herausgeben, um Schwachstellen oder 

Engpässe zu detektieren und Informationen über Buszykluszeiten 

liefern. 

BILD 6: Screenshot der NetGen:X-Realisierung – Beispielanlage 

mit festgelegten Koordinaten (Detail: Network-Layout-Designer) 

BILD 8: Screenshot der NetGen:X-Realisierung - Beispielanlage 

mit zufälligen Koordinaten (Detail: Network-Layout-Designer) 

BILD 7: Darstellung des GML-Exports der 

Beispielanlage von Bild 6 mittels des Grapheneditors 

„yEd“ (reduzierte Darstellung) 

BILD 9: Darstellung des GML-Exports der 

Beispielanlage von Bild 8 mittels des 

Grapheneditors „yEd“ (reduzierte Darstellung) 

50 


5 / 2012

3. VERIFIKATION 

Zur Überprüfung der Machbarkeit und Plausibilität der 

gesamten Umgebung wurden Testfälle mit künstlich 

erzeugten Anlagenmengengerüsten und Topologien erzeugt. 

Die Bilder 6 bis 9 zeigen zwei Testfälle mit jeweils 

2 0 0 Feldgeräten und unterschiedlicher Signalanbindungsart, 

die alle zu einem zentralen Punkt 

(Schaltraum) verbunden werden. Die beiden Testfälle 

unterscheiden sich lediglich in der topologischen Anordnung 

der Feldgeräte. 

Testfall 1 (Bild 6 ) dient vor allem der übersichtlichen 

Darstellung der Ergebnisse. Die Feldgeräte befinden sich 

in acht Baufeldern an fest definierten Koordinaten. Der 

Ausdehnungsbereich der Anlage beträgt etwa 5 0 0 m² 

und alle Elemente sind auf der gleichen Anlagenebene 

installiert. Diese einfache und überschaubare räumliche 

Anordnung der Geräte erlaubt den Vergleich von 

manuellen und automatischen Netzwerklayouts, 

Testfall 2 (Bild 8 ) liegt eine zufällige Verteilung der 

gleichen Anzahl und Art von Feldgeräten auf der 

gleichen Fläche wie in Testfall 1 zugrunde. Die 

kleinen Rechtecke auf den Bildern stellen die Feldgeräte 

dar und deren Farbe die Art der Kommunikationsanbindung 

(blau – Profibus PA; schwarz – konventionelle 

Verdrahtung). Die größeren Rechtecke 

stehen für Kommunikationsstrukturelemente, wie 

Feldbarrieren (hellblau), Segmentkoppler (magenta) 

und konventionelle Anschlusskästen (grau). Auf 

der linken Seite des Network-Layout-Designers werden 

das benötigte Kommunikationsequipment sowie 

Kabel angezeigt. 

Die erfolgreiche Bearbeitung der Testfälle ergab, dass 

die NetGen: X -Umgebung für ein vorgegebenes strukturiertes 

Mengengerüst der Instrumentierung automatisch 

eine Kommunikationsstruktur unter Berücksichtigung 

der Randbedingungen der Kommunikationstechnologien 

und unter Berücksichtigung der Spezifikationen 

des Nutzers erzeugt. Zur Verdeutlichung der 

Ergebnisse sei auf Bild 7 und Bild 9 hingewiesen, die 

den GML-Export beider Testfälle im Grapheneditor yEd 

[ 2 5 ] zeigen. 

REFERENZEN 

[1] H ollender, M.: Collaborative Process Automation Systems. 

ISA, 2009 

[2] Kiupel, N.: Planung, Montage, Inbetriebnahme und Betrieb von 

Foundation Fieldbus-Installationen. atp - Automatisierungstechnische 

Praxis 50(5), S. 26-33, 2008 

[3] NE06 - Elektrische Einheitssignale und Fragen der Gerätetechnik. 

Namur. 

[4] DIN IEC 60381: Analoge Signale für Regel- und Steueranlagen. 

Namur. 

[5] NE74 - NAMUR-Anforderungen an einen Feldbus. Namur. 

[6] NA35 - Abwicklung von PLT-Projekten. Namur. 

[7] H MS Industrial Networks, (Feb. 2012), Variantenvielfalt bei 

Kommunikationssystemen [Online] 

- http://www.feldbusse.de/Trends/trends.shtml 

[8] Siemens, (Feb. 2012), HW Config SIMATIC S7 [Online] 

- http://www.automation.siemens.com/mcms/industrial-controls/de/industrielle-kommunikation/as-interface_alt/diagnose/ 

hw-konfig/Seiten/default.aspx 

[9] ABB, (Feb. 2012), DTE100 und DTD100 [Online] 

- www.abb.com/product/ge/9AAC100304.aspx 

[10] P epperl + Fuchs, (Feb. 2012), SegmentChecker [Online] 

- http://www.segmentchecker.com 

[11] Fieldbus Foundation, (Feb. 2012), DesignMATE [Online] 

- http://www.fieldbus.org/index.php?option=com_content&task= 

view&id=866&Itemid=281 

[12] Schmieder, W., Tauchitz, T., Seintsch, S.: FuRIOS: Feldbus 

und Remote I/O – ein Systemvergleich. atp - Automatisierungstechnische 

Praxis 44(12), S. 61-70, 2002 

[13] Kasten, T.: Die Anwendbarkeit der FuRIOS Studie. atp - 

Automatisierungstechnische Praxis 45(3), S. 51-54, 2003 

[14] O‘Brien, L.: Best Practices for Fieldbus & HART Project 

Implementation & Lifecycle Benefits Realization, 

ARC Forum 2008, Presentation [Online] 

- http://www.arcweb.com/events/arcforum-presentations/ 

orlando-forum-2008-presentations/ARC%20Speaker%20 

Presentations/LOBrien-ARC.pdf 

[15] Doherr, F., Schmidt, T., Urbas, L.: Fieldbus material take-off 

estimation: Towards an automated cost estimation of fieldbus 

installations. In: Proceedings 2010 IEEE International Workshop 

on Factory Communication Systems, S. 165–168. IEEE, 2010 

[16] Tanaka, Y, Akiyama, M., Wallström, B.: A systematic design 

method of highly reliable communication networks by the use of 

graph theory. In: Proceedings of the 12th International Teletraffic 

Congress (ITC 12), S. 4.2B.5.1 - 4.2B.5.7, 1988 

[17] Dengiz, B., Altiparmak, F., Belgin, O.: Design of reliable communication 

networks: A hybrid ant colony optimization algorithm, IIE 

Transactions 42 (4), S.273-287, 2010 

[18] NA114 - Best Practice Feldbusanwendungen Auswahl, Planung, 

Montage, Inbetriebnahme und Betrieb von Feldbussen 

[19] DIN EN 61512-1 - Chargenorientierte Fahrweise Teil 1: Modelle 

und Terminologie 

[20] Stöß, M., Doherr, F., Urbas, L.: Automated network layout for the 

industrial communication engineering system NetGen:X. In: 

Tagungsband IEEE WFCS2012, angenommen, 2012. 

[21] B ackhaus, K., Erichson, B., Plinke, W., Weiber, R.: Multivariate 

Analysemethoden: Eine anwendungsorientierte Einführung, 

Springer:Berlin, 2011 

[22] Cormen, Th.H., Leiserson, Ch.E., Rivest, R., Stein, C.: 

Algorithmen - eine Einführung, Oldenbourg, München, 2010 

[23] P etz, J.: Softcomputing in der Bioinformatik, Springer: 

Berlin, 2006 

[24] Diedrich, C., Bangemann, T.: Profibus PA – Instrumentierungstechnologie 

für die Verfahrenstechnik. Oldenbourg: 

München, 2006 

[25] yWorks GmbH [Online] - http://www.yworks.com 

[26] Niemann, K.-H.: Verfügbarkeitsberechnung von Automatisierungsnetzwerken. 

Teil 2: Topologien und Designempfehlungen. atp 

edition - Automatisierungstechnische Praxis 53 (11), S. 58-65, 2011. 


5 / 2012 

51

H 

HAUPTBEITRAG 

FAZIT 

Mit NetGen: X wurde ein Forschungsansatz und eine erste 

Realisierung eines integrierten und interaktiven Engineeringsystems 

vorgestellt, das für ein gegebenes EMSR- 

Mengengerüst eine Kommunikationsstruktur mit den 

dazu benötigten Geräten und Verbindungen automatisch 

erzeugen kann. Dazu integriert es die Daten unterschiedlicher 

Gewerke. Ein Planer kann seine Strukturierungsvorgaben 

gezielt einfließen lassen, die Massenbearbeitung 

und die Einhaltung der komplexen Spezifikationen der 

Kommunikationstechnologien erledigt der Rechner. 

NetGen: X unterstützt sowohl bei der ersten Auslegung 

der Kommunikation, die in den meisten Fällen auf eine 

erste Kostenschätzung zielt, aber auch bei einem möglichen 

Entscheidungsfindungsprozess. In der vorgestellten 

Entwicklungsstufe kann konventionelle Verdrahtung mit 

Profibus DP auf der H 2 -Ebene und Profibus PA auf der 

H 1 -Ebene verglichen werden. 

An zwei Testfällen wurden die prinzipielle Machbarkeit, 

die Bedienbarkeit des Systems, die Passung zu bestehenden 

Engineeringworkflows und der praktische Nutzen 

AUTOREN 

überprüft. Die Diskussion der Ergebnisse mit erfahrenen 

Anwendern zeigt, dass für den Übergang von einem Forschungsdemonstrator 

in ein praxistaugliches Werkzeug 

noch einige Weiterentwicklungen notwendig sind: 

Berücksichtigung weiterer Kommunikationstechnologien 

in der Faktenbasis 

Validierung der Entwurfsqualität mit realen Anlagen 

Berücksichtigung einer vorhandenen Trassenplanung 

beziehungsweise Vorschlag für Trassenverläufe 

Erweiterung der 2 D-Darstellung des Network-Layout- 

Designers zu einer interaktiven 3 D-Visualisierung 

Re-Import der Verbindungsinformationen in die 

CAE-Systeme der Instrumentierung 

Intensiver Forschungsbedarf besteht bei der Berücksichtigung 

von Aspekten der funktionalen Sicherheit für den 

Entwurf von Netzwerkstrukturen. Eine mögliche Erweiterung 

wäre die Integration der von Niemann [ 2 6 ] vorgestellten 

Berechnungsverfahren und Designempfehlungen. 


10.02.2012 


Dipl.-Ing. FALK DOHERR (geb. 1 9 8 1 ) ist 

wissenschaftlicher Mitarbeiter und Leiter 

der Arbeitsgruppe Funktions- und Informationsintegration 

an der Professur für 

Prozessleittechnik an der Technischen 

Universität Dresden und Projektingenieur 

bei der Linde Engineering Dresden GmbH . 

Sein wissenschaftliches H auptarbeitsgebiet 

ist das integrierte prozessleittechnische 

Engineering mit Fokus feldnaher Kommunikationssysteme. 

TU Dresden, 

Fak. Elektrotechnik und Informationstechnik, 

Georg-Schumann-Str. 11, D-01187 Dresden, 

Tel. +49 (0) 351 46 33 21 62, 

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

Dipl.-Ing. MARKUS STÖSS (geb. 1 9 8 3 ) ist 

wissenschaftlicher Mitarbeiter an der 

Professur für Prozessleittechnik. Seine 

auptarbeitsgebiete sind die formale 

Modellierung und Unterstützungssysteme 

für das H MI-Engineering und Operator- 

Training-Systeme. 

Prof. Dr.-Ing. 

LEON URBAS 

(geb. 1 9 6 5 ) ist Inhaber 

der Professur für 

Prozessleittechnik 

an der Technischen 

Universität Dresden. 

Seine H auptarbeitsgebiete 

umfassen 

Engineering verteilter sicherheitskritischer 

Systeme, insbesondere Funktionsintegration, 

modellgetriebenes 

Engineering, Modularisierung, Informationmodelle 

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 

Unterstützungssysteme sowie Methoden 

der Benutzermodellierung zur 

prospektiven Gestaltung von Mensch- 

Technik-Interaktion. 

TU Dresden, 



Tel. +49 (0) 351 46 33 52 21, 

E-Mail: markus.stoess@tu-dresden.de 

TU Dresden, 



Tel. +49 (0) 351 46 33 96 14, 

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

52 


5 / 2012

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Vulkan-Verlag per Post, per Telefon, per Telefax, per E-Mail, nicht über interessante, fachspezifische Medienund Informationsangebote informiert und beworben werde. Diese Erklärung kann ich mit Wirkung für die Zukunft jederzeit widerrufen.

HAUPTBEITRAG 

Simulationsbasierte 

Steuerungsfunktionstests 

Generierung von Anlagenmodellen aus CAE-Planungsdaten 

Sicherzustellen, dass Steuerungsprogramme in Prozessleitsystemen (PLS) entsprechend 

der Kundenanforderungen implementiert wurden, ist eine wesentliche Aufgabe im Engineering 

von Automatisierungssystemen. Da diese Anforderungen nicht formalisiert vorliegen, 

werden dazu umfangreiche Tests durchgeführt. Dieser Beitrag stellt eine Methode 

vor, mit der das Test-Engineering durch den Einsatz von automatisch generierten Simulationsmodellen 

unterstützt und verkürzt wird. Mit dem generierten Anlagenmodell wird 

es möglich, rein virtuelle Steuerungstests und H ardware-in-the-Loop (H IL)-Prüfungen 

durchzuführen. So lassen sich Funktionsblöcke, Verriegelungen und Schrittketten sowie 

die für die Werksabnahme des Leitsystems (Factory Acceptance Test, FAT) notwendigen 

Kommunikationsparameter (zum Beispiel Feldbusadressen) testen. 

SCHLAGWÖRTER Factory Acceptance Test / automatische Modellgenerierung / Simulation / 

Modelica / CAEX / Objektorientierung / PLS-Test-Engineering 

Simulation based control logic tests – 

Automated generation of simulation models based on CAE data 

To validate that control functions have been implemented correctly (according to specification) 

in process control systems is a crucial task in the engineering of automation 

systems. Because these specifications are usually only given informally, numerous test 

runs are carried out to detect possible design or implementation faults in the control 

software. Within this paper, a method is presented which supports the tests by means of 

automatically generated simulation models. Starting point is the hypothesis that it should 

be feasible to derive a simulation model from the CAE planning data of the process plant, 

and that this simulation model should be detailed and accurate enough to generate valid 

test results. This approach has been developed and implemented, which allows to run 

both purely virtual system simulations and H ardware-in-the-loop (H IL) tests. Thus, control 

function blocks, interlocks, sequences and communication parameters (such as field 

bus addresses) relevant for Factory Acceptance Test can be carried out with significantly 

reduced time and costs. 

KEYWORDS Factory Acceptance Test / automated model generation / simulation / 

Modelica / CAEX / object orientation 

54 


5 / 2012

MIKE BARTH, ABB Forschungszentrum 

ALEXANDER FAY, Helmut-Schmidt-Universität, 

JÜRGEN GREIFENEDER, PETER WEBER, ABB Forschungszentrum 

Das Engineering von Prozessleitsystemen (PLS) 

stellt zunehmende H erausforderungen an Ingenieure. 

Zum einen haben sich Prozessleitsysteme 

zu einem Produkt mit hoher Funktionsintegration 

entwickelt, welche der Steuerung/ 

Regelung immer komplexerer Anlagen dienen. Andererseits 

sinkt die zur Verfügung stehende Projektdauer (seit 

1 9 7 0 um 2 5 % ). Beide Entwicklungen erschweren es, eine 

konstant hohe Qualität der Automatisierungslösung beizubehalten. 

Verfahrenstechnische Anlagen operieren 

mit hohen Druck- und Temperaturniveaus und beinhalten 

teilweise gefährliche Medien. Aus diesem Grund 

können Fehler im Steuerungscode nicht ausschließlich 

für die Anlage gefährlich werden, sondern auch für 

Mensch und Umwelt schädlich sein. 

Die Konfiguration der Steuerungs- und Regelalgorithmen 

für Prozessleitsysteme zeichnet sich als eine der 

Aktivitäten aus, welche in mehrfacher H insicht als fehleranfällig 

kategorisiert werden muss. In NAfl3 5 wird 

diese als „ Software Konfiguration“ bezeichnete Aktivität 

dadurch gekennzeichnet, dass „ vielfältige Fehlermöglichkeiten“ 

bestehen. Die Fehler werden meist erst in 

späteren Phasen, das heißt während der Inbetriebnahme 

auf der Baustelle erkannt, wodurch die Folgen monetärer 

und zeitlicher Natur sind [ 1 ] . Vor diesem H intergrund 

kommt dem Testen der Steuerungskonfiguration eine 

entscheidende Rolle zu. 

In Teil 1 dieses Beitrages [ 2 ] wurde eine Methode zur 

semi-automatischen Überführung von Leitsystem-Typicals 

in Simulationsmodellobjekte vorgestellt. Der Fokus 

dieser Methode liegt auf der Generierung von Einzelelementinstanzen, 

welche sich für simulationsbasierte 

Tests von Funktionsbausteinen einsetzen lassen. Um 

jedoch Ablaufsteuerungen, Verriegelungen und Grenzwerte 

für größere Anlagenabschnitte testen zu können, 

muss es möglich sein, ein Simulationsmodell mit entsprechend 

instanziierten und verschalteten Modellobjekten 

des gesamten Anlagenabschnittes zu generieren. 

In diesem Beitrag werden dahingehend folgende Punkte 

als Bestandteil einer Generierung von Simulationsmodellen 

betrachtet [ 3 ] : 

a | Instanziierung aller Modellobjekte (zum Beispiel 

Tanks, Ventile, Pumpen, Rohrleitungen) 

b | Parametrierung aller Modellobjekte (wie Zuweisung 

von Durchmesser und H öhe eines Behälters) 

c | Verschaltung aller Modellobjekte (Materialfluss, 

Energiefluss) 

d | Generierung einer visuellen Repräsentation des 

Simulationsmodells 

e | Definition der Kommunikation zwischen Simulationswerkzeug 

und Steuerung 

Die in Teil 1 dieses Beitrages erläuterte Generierung von 

Simulationsmodellen auf Basis des PLS-Engineering-Systems 

ermöglichte die Instanziierung (a) der Modellobjekte 

sowie die Ableitung der Kommunikationseinstellungen (e). 

Um eine vollständig automatische Modellgenerierung erreichen 

zu können, wird an dieser Stelle eine weitere, dem 

PLS-Engineering vorliegende Datenquelle für die automatische 

Modellgenerierung herangezogen: das CAE-System. 

1. DATENQUELLE FÜR DIE MODELLGENERIERUNG 

Die Nutzung von Planungsdokumenten, um Simulationsmodelle 

zu generieren, hängt von der dem Planungswerkzeug 

hinterlegten Datenmodellierung ab. Als Beispiel 

wird in [ 4 ] die Generierung von Verhaltensmodellen 

von Werkzeugmaschinen aus Stromlaufplänen beschrieben. 

Voraussetzung ist, dass die stromführenden 

Leiter im Stromlaufplan nicht ausschließlich als Linien 

„ gezeichnet“ , sondern als Leiterobjekte mit entsprechend 

instanziierten Verbindungen angelegt werden. 

Im Gegensatz zu konventionellen CAE-Systemen vermeiden 

objektorientierte CAE-Systeme die getrennte 

Datenhaltung von Grafikdateien, abgelegt in einem Dateisystem, 

und alphanumerischen Daten. Grafische und 

alphanumerische Informationen werden zusammen in 

einem Datenbankobjekt gespeichert. Die grafischen Editoren 

arbeiten unmittelbar auf den Datenbanken und 

nicht wie bei den konventionellen Systemen in Grafikdateien. 

Die Bezeichnung objektorientiert bezieht sich 


5 / 2012 

55

HAUPTBEITRAG 

nicht auf die eingesetzte Datenbank, da diese in den 

meisten Werkzeugen eine relationale Standarddatenbank 

ist. Objektorientiert bedeutet, „ dass für jedes Objekt im 

PLT-Engineering-Zyklus alle Daten nur einmal eingegeben 

werden müssen und in allen anderen unterstützten 

Engineering-Phasen inklusive ihrer syntaktischen Zusammenhänge 

zur Verfügung stehen“ [ 5 ] . Derartige CAE- 

Systeme werden zunehmend eingesetzt. Vertreter sind 

Comos PT, PLANEDS und SmartPlant P&ID. Der H auptvorteil 

ist, dass ein real vorhandenes Objekt, beispielsweise 

ein Elektromotor, als zentraler dokumentenübergreifender 

Träger von Planungsinformationen betrachtet 

wird. Einem solchen Objekt werden Attribute zugeordnet, 

die sich beispielsweise für die Generierung und Parametrierung 

eines Simulationsmodells nutzen lassen. 

Dies wurde bereits im Projekt Aubios (Automatisierung 

umwelt- und bioverfahrenstechnischer Prozesse und 

Systeme) erfolgreich genutzt, indem Bibliothekselemente 

des CAE-Systems Comos PT um Simulationsaspekte 

aus der Verfahrenstechnik erweitert wurden [ 6 ] . 

Die Auswirkungen der Objektorientierung auf eines 

der wichtigsten Planungsdokumente der PLT-Planung, 

das Rohrleitungs- und Instrumentenfließbild, werden im 

folgenden Abschnitt erläutert. 

1.1 Rohrleitungs- und Instrumentenfließbild 

Auf dem Grund- und Verfahrensfließbild aufbauend gibt 

das Rohrleitungs- und Instrumentenfließbild (R&I-Fließbild) 

einen Überblick der leittechnischen Planung in Form 

von Elektro-, Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik- 

Funktionen (EMSR). In [ 7 ] wird es als Schlüsseldokument 

für ein angestrebtes durchgängiges Engineering definiert. 

Die datentechnisch dahinterliegenden Objektstrukturen 

bilden bereits heute die Grundlage für eine Vielzahl von 

Automatismen. Beispielhaft kann die Generierung von 

PLT-Stellenverzeichnissen genannt werden [ 5 ] . In einem 

objektorientierten CAE-System werden bei der Erstellung 

des R&I-Fließbildes vorhandene Bibliotheksobjekte oder 

Module instanziiert und, sofern möglich, spezifiziert. 

Bild 1 zeigt ein Beispiel, in dem die Geometriedaten (zum 

Beispiel H öhe, Innendurchmesser, Volumen) eines Behälters 

über eine Parametermaske eingegeben werden. 

Die Bedeutung des R&I-Fließbildes für das PLT-Engineering 

wird in [ 8 ] bestärkt, in dem das R&I-Fließbild als 

Ausgangspunkt für die Automatisierung von Engineering-Tätigkeiten 

benannt wird. Vor dem H intergrund der 

im R&I-Fließbild enthaltenen Planungsobjekte, deren 

mögliche Parametrierung sowie deren Verbindung wird 

dieses CAE-Dokument als Datenquelle für die im Folgenden 

erläuterte Modellgenerierung benutzt. 

1.2 Überführung in ein neutrales Datenaustauschformat 

Für eine automatische Generierung der Simulationsmodelle 

werden die Daten des R&I-Fließbildes in einem rechnergestützt 

auswertbaren Format benötigt. Die damit verbundene 

Thematik eines rechnergestützten Austausches von 

Engineering-Daten ist seit den frühen Einsätzen von CAE- 

Werkzeugen bekannt. H eute gilt die durch den Einsatz 

offener Datenaustauschformate ermöglichte Interoperabilität, 

welche die Fähigkeit zur Zusammenarbeit von Software-Systemen 

umschreibt, als wichtige Voraussetzung 

für effizientes Engineering: „ Die Vernetzung der Werkzeuge 

über offene Schnittstellen offeriert die Möglichkeit eines 

durchgängigen Engineerings entlang des Engineering- 

Workflows, gewerke- und unternehmensübergreifend“ [ 9 ] . 

Als Sprache für Datenaustauschformate hat sich die 

eX tensible Markup Language (X ML) durchgesetzt [ 1 0 ] . 

Beispiele für Formate, die in der Prozessautomatisierung 

eingesetzt werden, sind: 

BatchML (IEC 6 1 5 1 2 : Batch Control Part 1 : Models 

and Terminology) 

CAEX (DIN EN ISO 6 2 4 2 4 : Darstellung von Aufgaben 

der Prozessleittechnik – Fließbilder und Datenaustausch 

zwischen EDV-Werkzeugen zur Fließbilderstellung 

und CAE-Systemen) 

Degussa PlantX ML [ 1 1 ] 

PandIX (PandIX Spezifikation V. 4 .0 ) 

PLCopen X ML (PLCopen X ML – TC6 ) 

NE 1 0 0 (Merkmalleisten zur Erstellung von PLT- 

Gerätespezifikationen) 

X MpLant (ISO 1 5 9 2 6 : Industrial Automation Systems 

and Integration – Oil and Gas – Part 1 : Overview and 

Fundamental Principles, 2 0 0 3 /Part 2 : Data model) 

BILD 1: R&I-Darstellung eines 

Tanks mit korrespondierender 

Parametermaske 

56 


5 / 2012

H 

Darüber hinaus existieren weitere X ML-basierte Formate, 

die im PLT-Engineering eingesetzt werden. H ierzu zählen 

zum Beispiel GSDML oder EDDL [ 1 2 ] , die, ähnlich wie FDT 

X ML, für den spezifischen Austausch von Gerätekonfigurationsdaten 

verwendet werden. Von den genannten Formaten 

eignen sich ausschließlich CAEX , X MpLant und 

PandIX für die Modellierung der in der PLT-Planung im 

R&I-Fließbild projektierten Daten. Insbesondere CAEX 

diente in den vergangenen J ahren immer wieder als Ausgangspunkt 

für unterschiedliche Ansätze im Rahmen der 

„ Automatisierung der Automatisierung“ . Beispiele sind die 

automatische Generierung von Asset Management Funktionen 

[ 1 3 ] und die automatische Generierung von Verriegelungen 

[ 1 4 ] . Alle anderen Formate sind entweder durch 

ihren Modellierungsansatz nicht geeignet (zum Beispiel 

NE 1 0 0 keine Modellierung von Aggregationen oder Assoziationen) 

oder erweisen sich als proprietäres Format. 

Das Format PandIX befindet sich derzeit noch im Status 

einer hochschulinternen Empfehlung. Weil es sich jedoch 

um einen CAEX -Dialekt handelt, lassen sich die Aussagen 

zur Anwendbarkeit mit denen von CAEX gleichsetzen. 

Für die Übertragung aller Planungsaspekte müssen die für 

die CAE-basierte Modellgenerierung identifizierten Datenaustauschformate 

eine objektorientierte Modellierung ermöglichen. 

Dies erfordert die Referenz einer Instanz auf das entsprechende 

Bibliotheksobjekt und die Zuordnung von Attributen 

zu deren Objekten. Um der ebenfalls aus der objektorientierten 

Programmierung stammenden Forderung nach 

eindeutigen Identifikationen aller Elemente nachzukommen, 

wird jeder Instanz ein Schlüssel zugewiesen. H ierfür wird 

oft auf den von Programmierumgebungen erzeugten 1 2 8 Bit 

(1 6 Bytes) Globally Unique Identifier (GUID) zurückgegriffen. 

Die Interpretation des Anlagenaufbaus erfolgt durch die 

Kombination der Assoziationen und Aggregationen. 

2. MODELLGENERIERUNG 

In der Modellierung technischer Systeme haben sich 

zwei Ansätze durchgesetzt [ 1 5 ] : 

die signalflussbasierte (kausale, explizite) Modellierung 

und 

die objektorientierte (a-kausale, implizite) Modellierung 

Bei der signalflussbasierten Modellierung wird das System 

in Form eines Blockschaltbildes modelliert. Dabei werden 

Blöcke, in denen eine Verarbeitung der eingehenden Signalwerte 

erfolgt, mittels in ihrer Übertragungsrichtung 

festgelegten Wirklinien verbunden. Dies bedeutet, dass 

eine Signalschnittstelle explizit als Signalausgang oder 

-eingang definiert ist. Ein Block ist gekennzeichnet durch 

die Ermittlung eines (Single Output – SO) oder mehrerer 

(Multiple Output – MO) Ausgangssignale in Abhängigkeit 

eines (Single Input – SI) oder mehrerer (Multiple Input – 

MI) Eingangssignale. Aufgrund der gerichteten Wirklinien 

besteht ein eindeutiger Ursache-Wirkungs-Zusammenhang 

(kausal). Die Vorteile dieses Modellierungsansatzes 

liegen in der Darstellung von kausalen Systemen – zum 

Beispiel Regelkreisen. Dementgegen stehen die Nachteile 

der bei größeren Modellen schnell unübersichtlich werdenden 

Strukturen. Nachträgliche Ä nderungen erfordern 

eine genaue Kenntnis aller mathematischen Zusammenhänge 

sowie den Zugang zu den realisierten Subsystemen. 

Die aufgrund ihrer Fokussierung auf physikalische Objekte 

auch als physikalische Modellierung bezeichnete 

objektorientierte Modellierung kennzeichnet sich durch 

ihre a-kausale Schnittstellendefinition. H ierbei wird nicht 

zwischen Ein- und Ausgang unterschieden. Im Gegensatz 

zum signalflussbasierten Ansatz kommt den Schnittstellen 

eine multiple physikalische Bedeutung zu. So entspricht 

eine Verbindung am Beispiel verfahrenstechnischer Anlagen 

etwa einem Stutzen (Materialfluss), einer Kabelklemme 

(Signalfluss) oder einer beheizten Fläche (Energiefluss). 

Die übertragenen Variablen lassen sich aufteilen in: 

Flussgrößen, die unter Beachtung ihres Vorzeichens 

addiert werden: 

Am Beispiel verfahrenstechnischer Anlagen können 

so der Massen- und/oder Wärmestrom (falls modelliert) 

in Rohrsegmenten benannt werden. 

Potenzialgrößen, die an den Verbindungspunkten 

gleichgesetzt werden: 

Am Beispiel verfahrenstechnischer Anlagen, insbesondere 

Druck und Temperatur. 

Energieflüsse entstehen durch Potenzialunterschiede – 

zum Beispiel stellt sich der Wärmefluss von einem im 

Rohr fließenden Medium durch die Rohrwandung nur bei 

geringerer Umgebungstemperatur ein. Des Weiteren beinhaltet 

die objektorientierte Modellierung wichtige 

Merkmale der objektorientierten Programmierung. So 

wird die Klassenbibliothek in Form einer Modellbibliothek 

umgesetzt. Durch die Instanziierung, Parametrierung 

und Verbindung der in ihr beinhalteten Modelle 

entsteht ein Gesamtmodell. 

Die Datenquelle CAE-System stellt in Verbindung mit 

einem offenen Datenaustauschformat eine Möglichkeit 

für ein durchgehend objektorientiertes Konzept dar. Den 

Anlagenelementen sind geometrische (beispielsweise 

öhe, Durchmesser) und physikalische (zum Beispiel 

KV-Wert) Parameter zugewiesen. Von den erläuterten 

Modellierungsansätzen kann aufgrund der bestehenden 

Merkmalsüberschneidungen die objektorientierte Modellierung 

eingesetzt werden. 

2.1 Modellierungssprache und Zielsystem 

Um die geforderte objektorientierte Struktur zu gewährleisten, 

wird die Modellierungssprache Modelica angewendet. 

Modelica wurde 1 9 9 6 als Weiterführung der gleichungsbasierten 

Sprachen ObjectMath und Mathematica 

entwickelt. Die deklarative gleichungsbasierte Sprache 

eignet sich für die gleichzeitige Modellierung mehrerer 

physikalischer Effekte [ 1 6 ] , wie sie in verfahrenstechnischen 

Anlagen auftreten (wie Drücke, Temperaturen, Materialfluss). 

Als Simulationsumgebung wird stellvertretend 

die Umsetzung mit dem am häufigsten eingesetzten Werkzeug 

Dymola erläutert. Modelica bietet die Möglichkeit 

einer Modellierung in Form von gewöhnlichen Differenzialgleichungen 

(ODE), differenzial algebraischen Gleichungen 

(DAE) sowie Bedingungs-Operatoren (zum Beispiel 


5 / 2012 

57

H 

H 

HAUPTBEITRAG 

„ Wenn-Dann“ ) für die hybride Modellierung. Weitere für 

die Umsetzung relevante Aspekte von Modelica sind: 

Direkte Integration von externen Funktionen 

Der Zugriff auf außerhalb von Modelica implementierte 

Funktionen ermöglicht die Kommunikation 

mit beispielsweise OPC-Servern oder Feldbuskarten. 

Geringer Abstraktionsgrad bei der Modellierung und 

Parametrierung 

Die Übernahme von Parametern aus der Datenquelle 

CAE-System (zum Beispiel Tankdurchmesser) 

wird damit unmittelbar möglich. 

Die textbasierte Modellierung gestattet die externe 

Manipulation. 

Der Modellgeneratoralgorithmus kann ASCII- 

Zeichenfolgen ausgeben. 

Der Aufbau eines Modelica-Modells gliedert sich in diese 

Bereiche: 

Objektinstanziierung (Bildung von Instanzen der 

Bibliotheksobjekte – zum Beispiel Tank) 

Gleichungen/Schnittstellen (Verbindung der Instanzen 

untereinander – beispielsweise Tank mit Rohrleitung 

verbinden) 

Funktions- beziehungsweise Algorithmen-Implementierung 

(Aufruf von externen Funktionen – zum 

Beispiel Initialisierung der OPC-Übertragung) 

Die Anwendung dieser drei Bereiche wird im Folgenden 

erläutert. 

2.2 Automatische Modellgenerierung 

Bild 2 stellt in schematischer Form die Arbeitsweise des 

implementierten Modellgenerators dar. Zunächst werden 

die Daten aus dem CAE-System in ein Datenaustauschformat 

(hier: CAEX ) überführt und für die Generierung des 

Simulationsmodells in Modelica-Syntax verwendet. H ierfür 

werden, ähnlich der objektorientierten Programmierung, 

Bibliotheksmodelle (zum Beispiel OpenTank) instanziiert. 

Der Instanz werden anschließend der Name sowie die Parameter 

des korrespondierenden CAE-Planungsobjektes 

übergeben. Die für die Generierung des Simulationsmodells 

verwendeten Bibliotheksmodelle entstammen der Modelica-Fluid-Bibliothek 

[ 1 7 ] . Diese wurde 2 0 1 0 als ergänzendes 

Modul in die Standard-Modellbibliothek der Modelica Association 

(www.modelica.org) übernommen und steht als 

Open-Source-Komponente zur Verfügung. Eine detailliertere 

Beschreibung der in der Modelica-Fluid-Bibliothek 

umgesetzten Modellierungstiefe findet sich unter [ 1 8 ] . 

Eine vollständige Generierung des Simulationsmodells 

erfordert zusätzlich die Definition der Verbindungen 

zwischen den Simulationsmodellen. Dies ist in 

Bild 3 beispielhaft für das Ventil Y 2 0 4 dargestellt, welches 

an den Behälter B9 9 0 angeschlossen wird. 

2.3 Visualisierung und Kommunikation 

Die eingangs als Anforderung (d) definierte Visualisierung 

der Simulationsmodelle in Form eines Simulations- 

Fließbildes wird vom Modellgenerator durch die Ergänzung 

der Modelica-Syntax um „ Modelica annotation 

tags“ umgesetzt. Dies erlaubt die Positionierung von 

TML-Elementen für die instanziierten Elemente mit 

X Y -Koordinaten und einer an die Fließbilddarstellung 

angepassten Skalierung, zum Beispiel: 

annotation(Documentation 

(info= “ < H TML> < IMG… /> < /H TML> “ ), 

Placement(Transformation 

(x= 8 0 , y= 2 0 , scale= 0 .1 )). 

Bild 4 zeigt hierzu ein automatisch generiertes Simulationsmodell, 

nachdem es in Dymola eingeladen wurde. Alle 

Objekte wurden dabei automatisch, entsprechend der Anordnung 

im R&I-Fließbild, platziert. Letzteres lässt sich 

optional durch den Modellgenerator als H intergrundbild 

einbinden. H ierdurch ist es möglich, das generierte Simulationsmodell 

mit den Planungsdaten zu vergleichen. Weiterer 

Vorteil: Das Vertrauen der Ingenieure in die Korrektheit 

des generierten Modells steigt damit. Ein ebenfalls 

wichtiger Aspekt, welcher aus der Generierung der Visualisierung 

hervorgeht, ist die Interaktionsmöglichkeit 

während des Testens. So ist es dem Ingenieur möglich, auf 

Basis der dargestellten Objekte (zum Beispiel Pumpe), online 

Werte zu setzen, beziehungsweise zu fixieren. H ierdurch 

können Fehler in der Aktorik (zum Beispiel Verklemmen 

eines Ventils, Abriss einer Signalleitung, Ausfall 

einer Pumpe) oder Sensordefekte vorgetäuscht und die 

Reaktion der Steuerung überprüft werden. Derartige Testszenarien 

sind insbesondere für Verriegelungen wichtig. 

Um die automatische Simulationsmodellgenerierung im 

Sinne der genannten Kriterien zu vervollständigen, bildet 

die Definition der Kommunikationsperipherie ein zusätzliches 

Merkmal. Ziel des vorgestellten Ansatzes ist es, den 

Steuerungscode in kompilierter Form zu testen, wodurch 

entweder eine Soft-SPS (emuliert Steuerung in Verbindung 

mit einem OPC-Server) oder die reale Steuerung eingesetzt 

werden muss. Bei Verwendung einer Soft-SPS wird eine 

rein virtuelle Testumgebung geschaffen, welche auch als 

Systemsimulation definiert ist. In Bezug auf die Implementierung 

von OPC für das Simulationssystem Dymola wurden 

die für Modelica standardmäßig existierenden Kommunikationstechniken 

DDE und Named Pipes um einen 

OPC-Client erweitert, welcher mit den Server-Applikationen 

gängiger Soft-Steuerungen kommuniziert [ 1 9 ] . Mithilfe 

der Einbindung externer Funktionen in Modelica ließ 

sich die in Bild 5 links dargestellte OPC-Bibliothek entwickeln, 

deren Modelle auf den in Bild 5 rechts als C# -Klasse 

dargestellten OPC-Client zugreifen. 

Durch den Einsatz des CAE-Systems als Datenquelle für 

die automatische Modellgenerierung können die definierten 

Kriterien (a) bis (d) bereits erfüllt werden. Dies beinhaltet 

die Instanziierung, Parametrierung und Verschaltung 

der Simulationsobjekte sowie die Generierung einer 

visuellen Repräsentation des Modells. Darüber hinaus 

kann die Initialisierung des OPC-Clients durch das Einlesen 

von PLCopen X ML Dateien automatisiert werden. 

ierfür muss die CAE-basierte Generierung des Simulationsmodells 

um Daten aus der Engineering-Umgebung 

des Leitsystems angereichert werden. Dies ist im Prototyp 

bereits umgesetzt, wodurch das bis dahin noch unerfüllte 

Kriterium (e) durch automatische Kommunikationsinstanziierung 

erfüllt wird. 

58 


5 / 2012

H 

BILD 3: Generierung von Verbindungen in Modelica 

BILD 2: Modellinstanziierung und Parameterübergabe 

vom CAE-System zu Modelica 

BILD 5: OPC-Bibliothek für Modelica [20] 

BILD 4: Automatisch generiertes Simulationsmodell 

Neben dem Test des Steuerungscodes beinhaltet der 

FAT zusätzliche Prüfungen der Feldbusadressen sowie 

weiterer, für die Initialisierung der Kommunikation notwendiger 

Busparameter (Feldbustyp, Konfigurationsdatei, 

FB-Knotentyp, FB-Knotenversion, FB-Baudrate, FB- 

Knoten, FB-Knotenadresse). Diese Testart erfordert eine 

ardware-in-the-Loop-Simulation und dadurch die Einbeziehung 

der realen Steuerung in Kombination mit Teilen 

der realen Peripherie. Dabei werden die prozessnahen 

Komponenten (Feldgeräte und Remote IO) weiterhin im 

Simulationsmodell modelliert. Dies bedeutet, dass der 

Simulationsrechner eine oder mehrere Remote-IO- 

Komponente(n) gegenüber der Steuerung emuliert. Dazu 

wird der Simulationsrechner mit einer Profibus-PCI-Karte 

ausgerüstet, welche über eine RS4 8 2 -Verkabelung mit 

der Steuerung verbunden wird. 

Bild 6 stellt die für diese Arbeit realisierte H IL-Testkonfiguration 

in Kombination mit der Simulationsumgebung 

Dymola dar. Als Steuerung wurde eine reale SPS mit einer 

Profibus-DP-Schnittstelle eingesetzt. Diese ist mit einer realen 

Remote-IO-Baugruppe und mit dem Simulationsrechner 

verbunden. Im Engineering-System der SPS wird der 

Simulationsrechner als „ normale“ Remote-IO-Komponente 

mit H ilfe einer Gerätespezifikationsdatei (* .gsd) eingebunden. 

In den Funktionsmustern wird die H IL-Variante durchgehend 

als Remote-IO-Konfiguration umgesetzt. Dies bedeutet, 

dass alle im Simulationssystem instanziierten Sensoren 

und Aktoren zunächst mit einer modellierten Remote-IO 

kommunizieren, welche alle Werte über Feldbus an die reale 

Steuerung überträgt beziehungsweise von ihr empfängt. 

Im Gegensatz zur Systemsimulation mit OPC erfordert 

die H IL-Simulation deutlich mehr Parameter für die In- 


5 / 2012 

59

H 

H 

H 

HAUPTBEITRAG 

itialisierung der Kommunikation. H ierzu zählen Feldbusadressen 

oder Baudraten. Aus diesem Grund ist die 

IL-Variante in Kombination mit den generierten Simulationsmodellen 

möglich, jedoch nicht im gleichen Maße 

automatisiert wie die OPC-Variante. 

ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 

In diesem Beitrag wurde eine Methode zur automatischen 

Generierung von Simulationsmodellen auf Basis 

von CAE-Planungsdaten vorgestellt. H ierzu wurden 

Rohrleitungs- und Instrumentenfließbilder in das neutrale 

Datenaustauschformat CAEX überführt. Als Modellierungssprache 

wurde die objektorientierte gleichungsbasierte 

Modelica-Syntax angewendet. Zusätzlich 

zur Generierung des physikalischen Modells ließ sich 

die Parametrierung der Simulationsobjekte sowie die 

Generierung eines Simulations-H MI erreichen. Sowohl 

ardware-in-the-Loop- als auch Systemsimulation mittels 

OPC-Kommunikation sind möglich. 

Erste Einsätze wiesen die Tauglichkeit der generierten 

Simulationsmodelle für folgende Bereiche nach: 

Tests von Verriegelungen, 

Tests von Ablaufsteuerungen, 

Tests der Wirkrichtung von Reglern, 

Tests von Grenzwerten für Alarme und Meldungen. 

Dieser Auflistung folgend, werden die generierten Simulationsmodelle 

im Wesentlichen für funktionale Tests 

des Steuerungscodes eingesetzt. Dadurch lassen sich 

frühzeitig Fehler, wie beispielsweise eine falsch gesetzte 

Übergangsbedingung in einer Ablaufsteuerung beziehungsweise 

damit verbundene falsch gesetzte Grenzwerte, 

identifizieren und beheben. Die Anwendung der Simulation 

bedeutet gleichzeitig eine natürliche Grenze 

der Testmöglichkeiten: Da die reale H ardware simuliert 

wird, können Fehler in der Konfiguration der realen 

ardware, wie zum Beispiel das falsche Setzen von IP- 

Adressen, Baud-Raten, Timeouts oder das Vertauschen 

von Anschlussklemmen am Schaltschrank, nur bedingt 

oder nicht gefunden werden. Diese Einschränkung wurde 

in der Zielstellung dieser Arbeit berücksichtigt, indem 

auf eine Unterstützung der vor und während des 

FAT stattfindenden funktionalen Tests fokussiert wurde. 

Einen Site Acceptance Test (SAT) kann das vorgestellte 

Konzept nicht ersetzen, wohl aber verkürzen. 

Weitere Entwicklungsstufen sehen die zusätzliche Generierung 

von Simulationsskripten für die automatische 

Konfiguration des Simulationslaufes sowie für die Vorabauswahl 

von Simulationsvariablen für die Testdokumentation 

vor. H ierbei werden die PLT-Stellen des R&I-Fließbildes 

ausgewertet, um dem Modellgenerator ausschließlich 

die für die Prozessleittechnik relevanten Prozessinformationen 

über von Sensoren erfasste Drücke, Füllstände, 

Durchflüsse oder Temperaturen zu übergeben. Darauf basierend 

kann eine Vorabdefinition der entsprechenden Simulationsvariablen 

erfolgen. 


06.11.2011 


REFERENZEN 

BILD 6: Hardware-in-the-Loop- 

Testkonfiguration für Modelica 

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[2] G reifeneder, J.; Weber, P.; Barth, M.; Fay, A.: Generierung 

von Simulationsmodellen auf Basis von PLS-Engineering- 

Systemen. atp edition – Automatisierungstechnische 

Praxis 54(4), S. 34-41, 2012 

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Universität der Bundeswehr Hamburg, Institut für 

Automatisierungstechnik, Fortschritt-Berichte VDI, 

Reihe 20, 2011 

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Praxis 53(9), S. 24-31, 2011. 

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atp - Automatisierungstechnische Praxis 44(2), 

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of Glamorgan, erarbeitet an der University of Applied 

Sciences and Arts Hannover, Faculty of Advanced 

Technology, 2007 

60 


5 / 2012

AUTOREN 

Dr.-Ing. MIKE BARTH (geb. 1 9 8 1 ) war von 2 0 0 8 bis 

2 0 1 1 wissenschaftlicher Mitarbeiter von Prof. Fay an 

der H elmut-Schmidt-Universität/Universität der 

Bundeswehr H amburg. Seit März 2 0 1 1 ist er Mitarbeiter 

am ABB AG Forschungszentrum. Seine 

Arbeitsgebiete umfassen das Engineering und die 

Kollaboration von Automatisierungssystemen. 

ABB AG Forschungszentrum, 

Wallstadter Straße 59, 

D-68526 Ladenburg, 

Tel. +49 (0) 6203 71 64 61, 

E-Mail: mike.barth@de.abb.com 

Prof. Dr.-Ing. ALEXANDER FAY (geb. 1 9 7 0 ) ist Professor 

für Automatisierungstechnik an der Fakultät für 

Maschinenbau der H elmut-Schmidt-Universität/ 

Universität der Bundeswehr H amburg. Sein Forschungsschwerpunkt 

sind Beschreibungmittel, 

Methoden und Werkzeuge für einen effizienten 

Entwurf von Automatisierungssystemen. 

Institut für Automatisierungstechnik, 

Helmut-Schmidt-Universität/ 

Universität der Bundeswehr Hamburg, 

Holstenhofweg 85, D-22043 Hamburg, 

Tel. +49 (0) 40 65 41 27 19, E-mail: alexander.fay@hsu-hh.de 

Dr.-Ing. JÜRGEN GREIFENEDER (geb. 1 9 7 5 ) ist seit 

2 0 0 8 Wissenschaftler am ABB Forschungszentrum. 

Er studierte Technische Kybernetik in Stuttgart 

und promovierte über formale Antwortzeitanalyse 

netzbasierter Automatisierungssysteme in Kaiserslautern. 

Seine wissenschaftlichen Schwerpunkte liegen 

auf Systemmodellierung und effizientem Engineering. 

ABB Forschungszentrum Deutschland, 

Wallstadter Str 59, D-68526 Ladenburg, 

Tel. +49 (0) 6203 71 62 22, 

E-Mail: juergen.greifeneder@de.abb.com 

Dipl.-Phys. PETER WEBER (geb. 1 9 5 6 ) ist 

Principal Scientist am ABB Forschungszentrum. 

Seine Forschungsschwerpunkte liegen im 

Bereich Virtuelle Inbetriebnahme und Advanced 

Engineering Methods. 

ABB Foschungszentrum Deutschland, 


Tel. +49 (0) 6203 71 62 74, 

E-Mail: peter.weber@de.abb.com 

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631-639, 2006. 

[18] B arth, M.; Fay, A.: Erfahrungen im Umgang mit der 

Modelica-Fluid-Bibliothek auf dem Gebiet der Prozessautomatisierung. 

In: Tagungsband "ASIM-Treffen 2010 - Simulation 

technischer Systeme - Grundlagen und Methoden in 

Modellbildung und Simulation, S. 60-67, 2010 

[19] Wagner, F.; Frey, G.: Hardware-in-the-Loop-Simulation bei 

kurzfristig zu langsamen Simulations-Modellen. Automation 

im gesamten Lebenszyklus. In Tagungsband: GMA-Kongress 

2007, , S. 151-161, VDI-Berichte, 2007. 

[20] B arth, M.; Fay, A; Wagner F.; Frey, G.: Effizienter Einsatz 

Simuations-basierter Tests in der Entwicklung automatisierungstechnischer 

Systeme. In: Tagungsband "Automation 

2010", S. 47-50, VDI-Berichte, 2010. 


5 / 2012 

61

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 

Spartenleiter: 

Andreas Schleinkofer 

Herausgeber: 

Dr. T. Albers 

Dr. G. Kegel 

Dipl.-Ing. G. 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: 

Andreas Schleinkofer (verantwortlich) 

Telefon + 49 (0) 89 4 50 51-2 36 

Telefax + 49 (0) 89 4 50 51-2 07 

E-Mail: schleinkofer@oiv.de 

Anne Hütter 

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

Telefax + 49 (0) 89 4 50 51-2 07 

E-Mail: huetter@oiv.de 

Gerd Scholz 

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: 

Dr.-Ing. M. Blum 

Prof. Dr-Ing. J. Jasperneite 

Dr.-Ing. B. Kausler 

Dr.-Ing. N. Kiupel 

Dr. rer. nat. W. Morr 

Dipl.-Ing. I. Rolle 

Dr.-Ing. S. Runde 

Prof. Dr.-Ing. F. Schiller 

Bezugsbedingungen: 

„atp edition – Automatisierungstechnische 

Praxis“ erscheint 

monatlich mit Doppelausgaben im 

Januar/Februar und Juli/August. 

Bezugspreise: 

Abonnement jährlich: € 468,– + € 30,–/ 

€ 35,- Versand (Deutschland/Ausland); 

Heft-Abbonnement + Online-Archiv: 

€ 638,40; ePaper (PDF): € 468,-; 

ePaper + Online-Archiv: € 608,40; 

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: 

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den Anzeigenteil: 

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Mediaberatung 

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Gedruckt auf chlor- und 

säurefreiem Papier. 

Die atp wurde 1959 als „Regelungstechnische 

Praxis – rtp“ gegründet. 

© 2012 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 

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Gemäß unserer Verpflichtung nach § 8 

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zum BayPresseG geben wir die Inhaber 

und Beteiligungsverhältnisse am Verlag 

wie folgt an: 

Oldenbourg Industrieverlag GmbH, 

Rosenheimer Straße 145, 81671 München. 

Alleiniger Gesellschafter des Verlages 

ist die ACM-Unternehmensgruppe, 

Ostring 13, 

65205 Wiesbaden-Nordenstadt. 

ISSN 2190-4111 

DIE AUSGABE 6 / 2012 DER 

ERSCHEINT AM 04.06.2012 

MIT FOLGENDEN BEITRÄGEN: 

PFD-Berechnung bei nicht 

konstanten Ausfallraten 

Automatische Generierung 

sicherer diversitärer Software 

Architekturen für 

diagnosefähige Aktorik in 

sicherheitsgerichteten Kreisen 

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...und vielen weiteren Themen. 

Aus aktuellem Anlass können sich die Themen 

kurzfristig verändern. 

LESERSERVICE 

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leserservice@oiv.de 

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5 / 2012

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der Automatisierungstechnik. 

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Annemarie Scharl-Send: Tel. +49 (0) 8144 9 96 95 12 

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fit für ihren Job sind und die entscheidenden Trends in der Automatisierungstechnik schnell zur Hand haben, 

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Herausgeber Prof. Dr.-Ing. Frank Schiller leitet am Lehrstuhl für Informationstechnik im Maschinenwesen der 

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die Erhöhung der Flexibilität von Anlagen sowie geeignete Modellierungs- und Gerätebeschreibungssprachen. 

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