Durch den Einsatz von Automatisierungstechnik konnten in den letzten Jahrzehnten deutliche Effizienzsteigerungen erzielt werden. Diesen Vorteilen steht allerdings gegenüber, dass das veränderte Arbeitsumfeld in den Betrieben zunehmend als komplex empfunden wird. Beispiele dafür sind ein hohes Alarmaufkommen in großen Anlagen, das ein strukturiertes Abarbeiten der anliegenden betrieblichen Aufgaben erschwert oder die Vielzahl unterschiedlicher elektronischer Systeme, die vom Anlagenfahrer bedient und beherrscht werden müssen. Hier muss ein Umdenken einsetzen: die Automatisierungstechnik darf nicht als Ursache der Komplexität verstanden werden, sondern als große Chance, die Komplexität zu reduzieren.

So referierte Dr. Jens Bausa von der BASF auf der NAMUR Hauptsitzung 2010 in Bad Neuenahr und stellte das BASF-Projekt Opal 21 (Optimierung der Produktion in Antwerpen und Ludwigshafen für das 21. Jahrhundert) vor: Ziel ist die Einführung eines einheitlichen Produktionssystems mit den sechs Kernelementen Optimierung der Betriebsstrukturen, Aufgabenbereiche und Verantwortlichkeiten, Qualifizierung, Einführung von Lean Management, Verfahrensoptimierung und Automatisierungstechnik.
Die Automatisierungstechnik ist bei diesem ganzheitlichen Ansatz ein Querschnittsthema, das die Komplexitätsreduktion bei den Arbeits- und Bedienprozessen in den Produktionsanlagen als wichtiges Ziel verfolgt. Die ersten Erfahrungen von Opal 21 zeigen, dass das richtige Anwenden der richtigen Automatisierungstechnik die Möglichkeit bietet, betriebliche Komplexität nicht nur zu „managen", sondern tatsächlich zu reduzieren. Wenn Anwender und Lieferanten von Automatisierungstechnik gemeinsam dieses Ziel konsequent verfolgen, wird dies einen signifikant positiven Einfluss auf das Arbeitsumfeld in den Betrieben haben und zu weiteren Effizienzsteigerungen beitragen.

Anforderungen an Leitsysteme
CHEManager befragte Anwender nach ihren Wünschen und Forderungen an die Automatisierungstechnik - und erhielt viele Antworten mit recht unterschiedlichen Prioritäten. Erwin Kruschitz , Chef des Systemberaters Anapur in Ludwigshafen, fasst in seiner Aussage einige Anforderungen an Prozessleitsysteme zusammen: „Prozessleitsysteme haben - auch auf Windows Plattformen - einen hohen Reifegrad erreicht. Was könnte man sich also so knapp vor Weihnachten noch wünschen? Meine Perspektive auf Prozessleitsysteme ist die Perspektive „Sicherheit" oder besser gesagt „Widerstandsfähigkeit" (resilience). Aus diesem Blickwinkel habe ich drei Anliegen.
Erstens: die Systeminfrastruktur soll so beschaffen sein, dass die Verfügbarkeit und Integrität des Systems auch unter erschwerten Bedingungen (z.B. Virenangriff oder unabsichtliche Fehlkonfiguration) vorhergesehen werden kann (Diagnose- und Härtegrad des Systems). Zweitens: Der Bediener soll so geführt und informiert werden, dass er auch unter erschwerten Bedingungen (z.B. Stresssituationen) sichere Bedienhandlungen erbringt.
Drittens: Ich wünsche mir einen einheitlichen Engineering Standard, ähnlich wie den Funktionsplan für Steuerungen nach IEC 61131, der die Spezifikation von Leitsystemaufgaben international normiert und den Datenfluss zwischen Planung, Implementation, Test, Änderung und Migration ermöglicht.
Alle diese Anforderungen können durch Standardisierung und Verringerung bzw. Verdeckung von Komplexität erfüllt werden. Damit dies erreicht werden kann wünsche ich mir last but not least, dass Hersteller und Betreiber von Prozessleitsystemen gemeinsam die anstehenden Aufgaben anpacken."
Kein leichter Spagat für die Hersteller, die selber auch neue Ideen und Technologien mit mehr oder weniger großem Anwendernutzen ins Spiel bringen, um sich am Markt zu differenzieren. CHEManager befragte die Firmen ABB, B&R, Emerson, Invensys, Honeywell und Yokogawa zu Themen wie Migration, Feldgeräteintegration und Security - und erhielt bereitwillig Auskunft.

CHEManager: Die Lebensdauer verfahrenstechnischer Anlagen wird oft mit 30 Jahren und mehr beziffert. Demgegenüber ist IT-Technik schon nach 30 Monaten hoffnungslos veraltet. Wie bewerkstelligen Sie mit Ihren Leitsystemen den Spagat zwischen „Stand der Technik" und Anlagen-Laufzeit und welches Migrationskonzept haben Sie?

Kilian: Bezüglich der Überalterung integrierter Fremdprodukte der IT - in der Regel Microsoft Windows sowie Standard-PCs - besteht eigentlich die Notwendigkeit, Leitsysteme auf aktuellere Produkte zu migrieren. Nun ist eine Migration aber auch mit zusätzlichen Lebenszyklus-Kosten verbunden. In vielen Anlagen sind deshalb nach wie vor längst abgekündigte Betriebssysteme wie Windows NT oder Windows 2000 im Einsatz. Fällt jedoch eine Hardware-Komponente aus, kann dies zu Ersatzteil-Problemen führen, da sich die veralteten Betriebssysteme selten auf aktueller PC-Hardware ausführen lassen. Eine interessante Möglichkeit zur Reduzierung der daraus resultierenden Abhängigkeit zwischen Hardware und Software bietet die Virtualisierung: Mit Hilfe von virtuellen Maschinen können alte Betriebssysteme und Leittechnik-Applikationen auf modernen Hardware-Plattformen weiterhin betrieben werden. Die Ausführung eines abgekündigten Betriebssystems in einer virtuellen Maschine ändert jedoch nichts an der Tatsache, dass der Hersteller sein Betriebssystem nicht mehr unterstützt, was mit Sicherheitsrisiken verbunden ist.

Reichinger: Die IT-Technik bringt dem Anwender Vorteile, auf die keiner verzichten kann. Lösungen die noch vor wenigen Jahren undenkbar erschienen, werden plötzlich verfügbar und vor allem leistbar. Beim Prozessleitsystem beginnt das beim FPGA des Ein-/Ausgangsmoduls, setzt sich fort über den Ethernet-Feldbus, über CPU und Echtzeitbetriebssystems des Controllers und endet fürs erste bei den Control Computern mit Server Betriebssystemen. Durch den Einsatz geeigneter Technologien kann man in einigen Bereichen eine weitgehende Unabhängigkeit von der Innovationsfreudigkeit des IT-Marktes erreichen, dies erfordert natürlich im Bereich der Hardware auch permanent Redesigns. Im Bereich der PC-Betriebssysteme entschärfen wir die Thematik beim B&R Prozessleitsystem APROL durch den Einsatz des Betriebssystems Suse Linux Enterprise Server. Dieses quelloffene Linux Betriebssystem setzen wir aufgrund der langfristigen Verfügbarkeit nicht nur in den Servern, sondern auch in einfachen Desktop-Computern ein.

Freisewinkel: Das Emerson Leitsystem besteht aus den herstellerspezifischen prozessnahen Komponenten sowie den IT basierten Bedien-Komponenten. Die IT Komponenten sollten im Rahmen eines LCM regelmäßig ausgetauscht werden. Die Firmware und Applikationssoftware ist aufwärtskompatibel und wird beim IT Hardwaretausch auf die dann jeweils aktuelle Betriebssystemversion bzw. Leitsystemversion migriert. Die PNK sind für länger Life Cycle Zeiträume konzipiert und müssen im Rahmen des Upgrades lediglich auf die aktuelle Firmware Version geflasht werden. Vorteil für den Anwender: er partizipiert kontinuierlich an der Weiterentwicklung der Leitsystem- sowie IT-Technologie und hat dadurch einen langfristigen Schutz seiner Investition.

Fittler: Der Schutz der Investition in installierte Leittechnik ist eine seit Jahrzehnten propagierte und realisierte Grundlage der Honeywell-Produktausrichtung. Dies bezieht sich auch auf die Bereitstellung eines Life Cycle Managements für die mittel- und langfristige technische und finanzielle Planung einer Aktualisierung. Dazu gehört die Möglichkeit der phasenweisen Migration von Teilbereichen (z.B. Bedienebene) unter Integration anderer Bereiche (z.B. PNK und Feldanbindung). Ein vielfach realisiertes Beispiel ist die Migration von veralteter Bedientechnologie unter Integration der bestehenden PNK-Installationen. Zur Verdeutlichung: Gegenwärtig sind die ersten seit 1974 vertriebenen prozessnahen Komponenten noch bei einigen Anwendern im Einsatz, teilweise parallel mit den neuesten PNK-Komponenten und unter einheitlicher Bedienoberfläche.

Maaßen: Die Betreibungszyklen der Anlagen unserer Kunden liegen im Durchschnitt zwischen 10 und 20 Jahren. Bei einer Gesamtkostenbetrachtung spielen deshalb die Life Cycle Kosten eine entscheidende Rolle. Das Ziel des Life Cycle Modells von Invensys Operations Management ist es, jede funktionale Komponente innerhalb eines installierten Systems dauerhaft zu erhalten, auch wenn die dazu verwendete Hardware sich ändert. Funktionserweiterungen werden nahtlos und abwärtskompatibel innerhalb der Migrationskonzepte ergänzt. Für jedes Produkt existiert eine genaue, definierte Einordnung in ein Life Cycle Modell, die dem Kunden im Rahmen eines Wartungsvertrages regelmäßig angezeigt wird, so dass der Zustand der Anlagenkomponenten im Lebenszyklus jederzeit bekannt ist und in die Planung von Updates und Upgrades sauber erfolgen kann.

Marten: Seit dem IT Zeitalter sind die Hersteller gefordert, „marktübliche" IT Komponenten einzusetzen. Yokogawa versteht unter „Stand der Technik" nicht den Standard der IT Technik, sondern die Verfügbarkeit und die Eigenschaften der Anwendungen auf IT Komponenten als Trägermedium. Als Automatisierungspartner stellen wir immer eine nahtlose Migration sogar in einem heterogenen Microsoft Umfeld sicher. Yokogawa minimiert die Abhängigkeit von nicht hoch verfügbaren und sich technisch rasch ändernden IT Komponenten, indem es diese nur als „Trägermedium" für eigene weiterhin proprietäre Engineering- und Bediensoftware verwendet. Damit garantieren wir dem Anwender seit über 35 Jahren seine Investionssicherheit. Im Gegensatz zu IT- affinen Systemen finden Sie bei Yokogawa keine Applikationsserver in offenen Ethernet-Netzwerken, die Applikation ist immer hoch verfügbar in der Prozesssteuerung.

CHEManager: Viele Anwender beklagen einen fehlenden einheitlichen Standard für die Feldgeräteintegration. Kann FDI - Field Device Integration - diese Lücke schließen und welche Rolle spielt FDI in Ihren Leitsystemen?

Kilian: ABB unterstützt und engagiert sich aktiv in dieser wichtigen gemeinsamen Anstrengung, die einfache Integration von intelligenten Feldgeräten und Host-Systemen unabhängig vom Hersteller und Kommunikationsprotokoll zu erreichen. FDI wird einen besseren Zugriff auf kritische Prozessinformationen ermöglichen, Betriebskosten senken und das volle Potenzial der aktuellen und der nächsten Generation intelligenter Geräte ausschöpfen. Darüber hinaus werden für die Instrumentierungs- und Leitsystemhersteller die Kosten für die Pflege während des Lebenszyklus und die Entwicklungskosten durch die Vereinfachung der EDDL reduziert. Es ist eine Win-Win Situation für unsere Kunden und die gesamte Automatisierungsgemeinschaft. Jüngster Meilenstein ist der Abschluss der funktionalen Spezifikationen. Ausgehend davon werden nun die detaillierten technischen Spezifikationen erstellt. Ende 2011 soll der gemeinsame Interpreter für Profibus, Fieldbus Foundation und HART zur Verfügung stehen und mit der Entwicklung der ersten Geräte begonnen werden.

Reichinger: Die Erfahrungen, die Anwender mit der FDT-Technologie über ein Jahrzehnt hinweg gemacht haben, waren nicht immer nur positiv. Neben den technischen Hürden waren die strategischen Weichenstellungen einiger Hersteller die wohl größten Stolpersteine für die rasche und erfolgreiche Entwicklung dieser Technologie. Da wir kein Hersteller von Feldgeräten sind, verfolgen wir die weitere Entwicklung dieses Standards und werden zum geeigneten Zeitpunkt eine Integration in unser Prozessleitsystem APROL vornehmen.

Freisewinkel: Emerson hat von je her auf die DD Technologie als einheitlichen Standard gesetzt. Die Weiterentwicklung dieser Technologie zur EDD Technologie bei gleichzeitiger Ausbreitung über alle prozessautomationstypischen Protokolle, bis hin zum Profibus, hat diesen Standard zur Basis dessen gemacht, was FDI einmal abschließend vereinheitlichen wird. Wir sehen FDI als Chance, die bestehende EDD Technologie noch mehr zu vereinheitlichen und gleichzeitig anzureichern. Bei uns ist die Integration der Feldgeräte in das Leitsystem ein wichtiger Bestandteil unseres Komplettlösungsansatzes. FDI wird uns sicherlich helfen, unsere momentanen Lösungen noch weiter zu verbessern und dem Anwender weitere und umfangreichere Darstellungsmöglichkeiten anbieten zu können.

Fittler: FDI ist ein Hoffnungsträger auf dem Weg zu einem einheitlichen Konzept der
Feldgeräteintegration. Honeywell ist aktives Mitglied im Steering Komitee des FDI-Projektes. Gegenwärtig werden sowohl EDDL als auch FDT/DTM's in der Honeywell-Leittechnik unterstützt. Dies soll auch bei einer vereinheitlichten Version der Fall sein. Allerdings wird auch in unserem Hause die Gefahr gesehen, dass möglicherweise lediglich ein weiterer Standard und keine wirkliche Vereinheitlichung entsteht. Die Roadmap der Honeywell-Produkte wird, unabhängig von der unterlagerten Technologie, die Lösung im Sinne der Anwender einbeziehen, so wie es zuvor auch mit der Ausrichtung sowohl auf EDDL als auf DTM der Fall war.

Maaßen: Field Device Integration wird im Foxboro I/A Series System aktiv unterstützt, so ist die Anbindung von Geräten nach HART, Fieldbus Foundation, Profibus und Device-Net möglich. Ziel ist es, die verschiedenen Konfigurationsmöglichkeiten unter dem ArchestrA-Framework zu vereinen, damit der Benutzer nur noch einen Konfigurator für alle verschiedenen Automatisierungs-Komponenten benötigt. Invensys Operations Management ist in verschiedenen Konsortien und Interest-Groups aktiv vertreten, um auf eine Konvergenz der verschiedenen Standards hinzuarbeiten.

Marten: Ja, FDI kann die Lücke schliessen. Gerade deshalb leistet Yokogawa als Mitglied der FDI Cooperation bereits einen erheblichen Beitrag. Die Yokogawa-Ingenieure arbeiten aktiv in den zahlreichen Arbeitsgruppen mit, in denen FDI im Interesse unserer Kunden weiterentwickelt wird : Offenheit, Interoperabilität und Zuverlässigkeit stehen dabei im Vordergrund. FDI wird über unser Plant Asset Management in unser Leitsystem eingebunden werden. Die Rohdatenanteile werden im Leitsystem erfasst und die
grafische Interpretation findet im Plant Asset Management System statt.

CHEManager: Durch die zunehmende Vernetzung in den Fertigungsanlagen, insbesondere mit Industrial Ethernet, eröffnen sich neue Möglichkeiten für die Optimierung der Prozesse, es ergeben sich aber auch neue Risiken durch Bedrohungen aus dem Netz. Mit Stuxnet hat jetzt ein auf die Automatisierungstechnik ausgerichteter Computerwurm traurige Berühmtheit erlangt. Wie stellen Sie sich dieser Bedrohung und für wie erfüllbar halten Sie die NAMUR Forderung nach "Instrinsinc Security" der Automatisierungssysteme?

Kilian: ABB kennt die Bedeutung der Cyber-Sicherheit-Standards und ist aktives Mitglied verschiedener Initiativen der Industrie, einschließlich der Beteiligung innerhalb ISA und IEC. Es gibt keine einzelne Lösung, die wirksam für alle Organisationen und Anwendungen ist. Sicherheit ist ein kontinuierlicher Prozess, kein Produkt oder eine einmalige Investition.

Reichinger: Die Schadsoftware Stuxnet hat viele Betreiber wachgerüttelt und mögliche Manipulationen in den Automatisierungssystemen aufgezeigt. Im Bereich der IT-Systeme ist es seit langem Usus, Vorkehrungen zu treffen um die Schutzziele Verfügbarkeit, Integrität, Vertraulichkeit und Authentizität zu garantieren. Das linuxbasierende Prozessleitsystem APROL verfügt standardmäßig über eine konfigurierte und aktivierte Firewall und leistet damit eine Basissicherheit auch für weniger versierte Anwender.

Freisewinkel: Mit den aktuellen DeltaV Versionen bietet Emerson bereits zahlreiche Funktionen, wie z.B. das Sperren ungenutzter Switch Ports oder die Verwendung eingeschränkter Benutzer-Profile, die zu einer wesentlichen Verbesserung der „Cyber Security" beitragen. Ferner empfiehlt Emerson Maßnahmen wie die Segmentierung der Netzwerke durch Firewalls, den Einsatz von Antivirensoftware, die regelmäßige Aktualisierung des Betriebssystems oder das Sperren von USB Storage Devices.

Fittler: Honeywell verfolgt den Ansatz des "Defense-in-Depth". Danach sorgen mehrere Schutzebenen organisatorischer wie technologischer Art für eine mehrstufige Abwehr. Das leittechnische Netzwerk besteht aus mehreren Funktionsebenen, wobei kein Datentransfer über mehr als eine Ebene hinweg erfolgen darf. Der Zugang zum öffentlichen Netzwerk ist über Firewalls abgesichert bzw. erfolgt bei Bedarf über dedizierte und kontrollierte Ports.

Maaßen: StuxNet hat durch die Verwendung von gleich vier sogenannten Day-0 Exploits gezeigt, dass selbst aktuellste Antivirus-Signaturen nichts nützen, wenn bisher unbekannte Sicherheitslücken durch Fehler im Umgang mit modernen Systemen ausnutzbar werden. Deswegen flankieren wir unsere Sicherheitsmaßnahmen durch eine ausgefeilte Sicherung externer Netzwerk-Verbindungen zum System, z.B. über mehrstufige Firewall-Konzepte mit zwischengeschalteten DMZ-Netzwerken), Prozeduren, die den sicheren Umgang mit

Marten: Das Yokogawa Leitsystem ist verglichen mit offenen IT-Systemen wesentlich robuster gegen äußere Einflüsse. Mit der Einführung von Vnet/IP auf Basis des 1Gb Ethernet Standards haben wir als Bestandteil der Protokoll-Implementation die zugehörigen Sicherheitsmechanismen für den Datenaustausch weiterentwickelt. Die Ankopplung von System-Komponeten an den Bus erfolgt ausschließlich über eigene Netzwerkkomponenten.

CHEManager: Was sehen Sie persönlich als den größten Entwicklungssprung in der Leittechnik im Zeitraum der letzten 24 Monate an und was erwarten Sie an besonderen Entwicklungen in den nächsten 24 Monaten?

Kilian: Das Leitsystem der Zukunft muss mehr können als nur Anlagen zu automatisieren und zu optimieren. ABB ist führend bei der Integration der Automatisierung und der den Prozess versorgenden elektrischen Anlagen. Der erweiterte Funktionsinhalt des ABB-Leitsystems 800xA unterstützt und integriert den effizienten Betrieb und die Wartung von elektrischen Systemen.

Reichinger: Eine wesentliche Entwicklung war die Entstehung plattformunabhängiger Technologien wie OPC-UA. Damit ist auch für die nächsten Jahre der Weg Richtung Unabhängigkeit vom Microsoft- Monopol in der Automatisierungstechnik ausgesteckt.

Freisewinkel: Die Prozessautomatisierung hat sich in den vergangenen 24 Monaten stark in Richtung vertikaler Integration und Informationskonsistenz entwickelt. Die Branche hat dabei sehr viel in die Verbesserung von Funktionen und Technologien investiert. Zukünftige Anlagen werden nicht nur zuverlässig, kompatibel und kosteneffektiv sein, sondern insbesondere noch benutzerfreundlicher.

Fittler: Die Einführung der Virtualisierungstechnologie in leittechnischen Systemen und Applikationen war eine besondere Errungenschaft der letzten Jahre; ihr Nutzenpotential ist noch lange nicht ausgereift und wird uns weiter begleiten.

Maaßen: Konnektivität ist und bleibt ein großes Thema: Entscheidungen der Unternehmensebene werden immer mehr auf Echtzeitdaten basieren. Die Antwort von Invensys auf diese Herausforderung ist das „Enterprise Control System" unter dem Motto „Real Collaboration, Real Time Results".

Marten: Weniger ein Entwicklungssprung als ein Erkenntnissprung: Mit Easy HMI sind wir weggekommen von überfrachteten Bildschirmen und haben selbst hoch komplexe Prozesse sicher bedien- und beherrschbar gemacht. In Zukunft sehen wir die Erweiterung der Migrationstiefe und die Funktionserweiterung zum integrierten Prozess- und Produktionsleitsystem mit einer konsistenten Informationsplattform.