Einsatz standardisierter Steuerungssysteme im ... - RDB eV

Automatisierung2 Standardisierte Steuertafel mit MINCOS MMCGrafik: Becker Mining Systems AG/DSK AGVerwendung industrieüblicher Technik aus.Die besonders rauen Umgebungsanforderungenkönnen nur durch sehr robusteBauformen erfüllt werden.Die beengten Platzverhältnisse unterTage führen zu einem unmittelbaren Zusammenwirkenvon Mensch und Maschine,was hohe Sicherheitsanforderungennach sich zieht. Stillsetz- und Sperreinrichtungensind daher obligatorische Bestandteilevon Maschinen.Die großen Entfernungen in Kombinationmit schlechter Zugänglichkeit fordernumfangreiche Kommunikationskanäle sowohlfür den Menschen als auch für dieSteuerungsrechner. Die ständig wechselndenräumlichen Gegebenheiten, machenden Einsatz flexibel konfigurierbarer Systemeerforderlich.Das skizzierte Anforderungsprofil desBergbaus basiert zum Teil auf den europäischenRichtlinien, wie z.B. ATEX-Richtlinie, Maschinenrichtlinie, EMV-Richtlinie und Niederspannungsrichtlinie,um nur die wichtigsten zu nennen, gehtaber an vielen Punkten durch spezielleVerordnungen, Richtlinien und Normenweit über die EU-Richtlinien hinaus.Innovationsschritte beiAutomatisierungssystemenDie in den zurück liegenden Jahrzehntenstetig gestiegenen Anforderungen an Automatisierungssysteme,bei denen eine Verlangsamungbislang nicht erkennbar ist,wurden auf der Seite der Hersteller durchvielfältige Forschungs- und Entwicklungsvorhabenangepackt und in Form konkreterInnovationsschritte bewältigt. Die detaillierteAufzählung dieser Schritte ist an dieserStelle nicht erforderlich.Sicherlich die bedeutendste Innovationist die Erfindung und Entwicklung hoch integriertermikroelektronischer Halbleiterbauelemente.Egal ob als Prozessoren,Speicher oder sonstige Bausteine bildensie den Kern nicht nur von Rechnern, sondernaller elektronischen Geräte unsererZeit. Bei weitem nicht die einzige, aber sichereine der anschaulichsten Kennzahlenfür diese Entwicklung ist die Zahl der Transistorenpro Chip. Diese Zahl verzehnfachtsich alle 10 Jahre. So hat sich die Zahl derTransistoren von 2300 beim ersten Mikroprozessorder Welt (Intel 4004 im Jahre1971) auf derzeit etwa 400 Mio. erhöht.IPC-TechnikDie PC-Technik hat zunächst ab 1980den Bürobereich und dann ab 1990 als Industrie-PC(IPC) auch den Industriebereichals Standardrechner erobert. Trotzvielfältiger Erscheinungsformen der Rechner,gibt es einige wesentlichen Gemeinsamkeiten,die das Wesen eines PC ausmachen.Es sind dies Standards bei der Hardwareund der Software, die eine Portierungund Mehrfachnutzung von einmal entwickeltenKomponenten ermöglichen unddamit den beträchtlichen Entwicklungsaufwandauf eine genügend große Stückzahlverteilen.Als Standards bei der PC-Hardwaresind zu nennen: die Prozessorarchitektur,die rechnerinternen Lokalbusse (PCI),standardisierte Schnittstellen für den Anschlussvon Geräten (USB, Firewire, EI-DE) sowie durchgängige externe Bussysteme(Ethernet). Bei der PC-Software existierenStandards beim Betriebssystem, beiden Anwendungsprogrammen, bei denProgrammiersystemen und den Kommunikationsprotokollen.Die Schaltungskomplexität der Mikroprozessorenentwickelt sich seit vielenJahren mit exponentieller Geschwindigkeit,die nach dem Intel-Begründer als„Moore’s Law“ bekannt ist: die Anzahl derTransistoren, die auf einem Baustein integriertwerden können, und damit auch dieLeistungsfähigkeit des Bausteins verdoppeltsich in einem Zeitraum von 18 bis 24Monaten. Der Vergleich mit den Innovationszyklenin der Industrie und im Bergbaumacht klar, dass eine grundlegende Neuentwicklungder Automatisierungssystemenicht mit der gleichen Rate wie bei den Mikroprozessorenerfolgen kann.Um dennoch an den Fortschritten derProzessortechnologie partizipieren zu können,ist eine Entkopplungsstrategie erforderlich:Das langlebigere Automatisierungssystemwird so zukunftssicher entwickelt, dassder Prozessor und seine unmittelbaren peripherenBausteine, wie Speicher, Bustreiberund Schnittstellenbausteine in das System„eingebettet“ werden können. Für diese Artvon anwendungsspezifischem Produktdesignhat sich daher auch der Begriff der „Embedded“-Techniketabliert: SchnelllebigeProzessorbaugruppen (Single-Board-Computer)werden von spezialisierten OEM-Herstellern(Original Equipment Manufacturer)entwickelt und in die langlebigeren Automatisierungssystemeeingebettet. Auf diese Artlassen sich die widersprüchlichen Forderungennach raschem technischen Fortschritteinerseits und Investitionssicherheit andererseitsmiteinander vereinbaren.EchtzeitfähigkeitDie Aufgabe jedes Betriebssystems istes, die Ressourcen eines Rechners (d.h.den Prozessor, den Speicher, die Laufwerkemit den Dateien und die Ein- und Ausgabegeräte)den Anwendungsprogrammen(den Tasks) zugänglich zu machen und denZugriff zu verwalten. Können mehrere Tasksgleichzeitig (auf einem einzigen Prozessor)aktiv sein, muss das Betriebssystem die Zuteilungder Rechenzeit zu den einzelnenTasks organisieren. Vereinfachend führt dieseMulti-tasking-Fähigkeit darauf hinaus, dieverfügbare Rechenzeit möglichst gleichmäßigauf die Tasks aufzuteilen.Ein ganz anderes Ziel verfolgt die Echtzeit-Fähigkeiteines Betriebssystems: Hiergeht es darum, einer Task, die auf Ereignissegarantiert und sofort reagieren muss,vordringlich die Rechenzeit zuzuweisen.Der Widerspruch zwischen Multi-Taskingbergbau9/2007 391