So einfach geht Prozessautomatisierung

Das Prozessleitsystem Freelance bietet alle Funktionen, die Benutzer zur Steigerung der Leistung benötigen. Die unkomplizierte Lösung ist robust, skalierbar und benutzerfreundlich – und das zu einem attraktiven Preis.

Einsatz verschiedener eigenständiger SPS

Für kleine und weniger komplexe Automatisierungsaufgaben mit nur wenigen Signalen wurden in der Vergangenheit oft eigenständige SPS (speicherprogrammierbare Steuerungen) eingesetzt, da Prozessleitsysteme (PLS) für diesen Zweck zu kostspielig waren. In Prozessindustrien wie Öl und Gas oder Chemie wurden zahlreiche Steuerungsaufgaben, z. B. in Verbindung mit Kompressoren, Zentrifugen oder Dampferzeugern, in Form von SPS-basierten Package Units automatisiert. Dies führt zu einer Vielzahl verschiedener Leitsysteme und Tools.

Doch der Einsatz verschiedener SPS bringt einige Nachteile mit sich: Das Vorhandensein mehrerer Tools verursacht höheren Schulungsaufwand und führt zu größerer Komplexität, während kein zusätzlicher Nutzen entsteht. Insbesondere bei der Instandhaltung können geringfügige Änderungen erhebliche Kosten verursachen: Diese lassen sich auf Wechselwirkungen unterschiedlicher Systeme zurückzuführen, die manuellen Anpassungsaufwand nach sich ziehen. Darüber hinaus können die unterschiedliche Visualisierung und Bedienung sowie individuelle Alarmkonzepte der einzelnen Hersteller im Extremfall sogar die Verfügbarkeit und die Sicherheit der Applikation und der gesamten Anlage negativ beeinflussen. Abgesehen davon wird die Flexibilität des Instandhaltungspersonals eingeschränkt, da nicht alle Benutzer alle Tools kennen können. Auch die Beschaffung und Lagerung von Ersatzteilen für viele unterschiedliche Systeme und Produkte kann zusätzlichen Arbeits- und Kostenaufwand verursachen. All diese Gründe haben letztlich u. U. höhere Kosten für die Anlageninstandhaltung zur Folge.

Skalierbares PLS als Alternative zu SPS

Prozessleitsysteme für die Prozessindustrie basieren im Vergleich zu SPSen auf Regelkreisen mit langsamen Überwachungs- und Steuerungsfunktionen und weniger auf schnellen Positionierungs- oder Schaltvorgängen. Das Bedienen und Beobachten des Prozesses findet in der Regel in der Leitwarte statt. Die Systeme und Anlagen laufen meistens kontinuierlich und haben oft sehr hohe Anforderungen an die Verfügbarkeit. Daher muss die Online-Projektkonfiguration die Möglichkeit für Änderungen vorsehen. Auch Reparaturen und der Austausch von Komponenten während des Anlagenbetriebs sind ein entscheidendes Merkmal. Applikationen werden häufig speziell für ein bestimmtes Projekt oder einen bestimmten Prozess konfiguriert und benötigen daher leistungsstarke und effiziente Engineering-Tools.

Dank der technischen Entwicklung in den letzten Jahren sind Hersteller von Prozessautomatisierungslösungen nun in der Lage, als Alternative zu SPS für prozessorientierte Anwendungen Leitsysteme mit besserer Skalierbarkeit anzubieten. Zu diesen Unternehmen zählt ABB mit dem PLS Freelance.

Die Vorteile skalierbarer Prozessleitsysteme liegen auf der Hand: effizientes Engineering, einfache Bedienung und problemlose Instandhaltung sowie gesteigerte Produktivität.

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Skalierbare Systemarchitektur

Die Systemarchitektur eines PLS vom Typ Freelance umfasst die folgenden Kernkomponenten:

  • Freelance Engineering (früher Control Builder F)
  • Freelance Operations (früher DigiVis)
  • Controller (AC 700F/800F/900F)
  • I/O-Module (S700/S800/S900)

Freelance umfasst in der OEM-Version z.B. einen AC 700F Controller, eine Panel 800 Bedienerstation und ca. 50-100 I/O-Signale. An den AC 700F Controller können bis zu acht direkte I/O-Module angeschlossen werden, außerdem ist der Anschluss von Remote-I/O-Modulen via PROFIBUS möglich. Modbus RTU und TCP werden ebenfalls unterstützt. Ein Freelance Lite System kann aus einem AC 700F oder AC 900F Lite Controller bestehen und unterstützt 250 bis 400 I/O-Signale mit Option auf eine kombinierte Engineering- und Leitstation und einige Bedienerstationen. Diese Konfiguration ist erweiterbar um AC 800F und/oder AC 900F mit oder ohne Redundanz. Freelance bietet Unterstützung für mehrere Tausend I/Os. Zu den Verbindungsmöglichkeiten zählen FOUNDATION Fieldbus, PROFIBUS und auch HART. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit zum Anschluss an Bedienerstationen zur Überwachung, auf denen ABB System 800xA ausgeführt wird.

Die Vorteile der Integration nutzen

Die augenscheinlichste Neuerung von Freelance Version 2013 ist der AC 900F Controller. Er erweitert das Hardware-Portfolio des Prozessleitsystems um zahlreiche Optionen, ist doppelt so leistungsfähig wie ein AC 800F Controller und dabei vollständig kompatibel.

Mit Freelance lassen sich die Vorteile eines Leitsystems nun auch für Automatisierungslösungen nutzen, für die bislang SPS verwendet wurden, insbesondere in Prozessindustrien. Im Gegensatz zu SPS bietet Freelance alle Vorteile eines kompakten Leitsystems: nur ein Engineering-Tool für alle Aufgaben. Freelance Engineering dient zur Konfiguration der Automatisierungsfunktionen, der Bedienerschnittstelle mit Bildern und Protokollen und der Feldbusparameter intelligenter Instrumente.


Byworth Boilers (Keighley, UK) fertigt Kesselanlagen für Industriebetriebe, u. a. Dampfkessel, Heizkessel und Zubehör
Byworth entschied sich für ABB Freelance als Kernstück für die Entwicklung einer neuen intelligenten Kesselwarte.

Zu den Hauptgründen für diese Entscheidung zählte, dass Freelance alle Vorteile einer PLS-Architektur bietet: Ein wesentlicher Aspekt dieser Architektur ist die Verwendung einer einzigen systemweiten und globalen Datenbank für Steuer- und Grafikbilder, durch die die Entwicklung deutlich effizienter verläuft als bei fragmentierten SPS-/SCADA-Lösungen.

Fallstudie Byworth


Der Bergbaubetrieb Northam-Platinum in Afrika verwendet mit elektrischen Motoren angetriebene Konverter zur Extraktion von Platin aus der Erzschmelze.
Im Rahmen einer Modernisierung der Konvertersteuerung entschied sich Northam für den Einsatz der kleinen, SPS-ähnlichen AC 700F Controller.

Zuvor regelte eine SPS die Direktmotorstarter der Motoren. Bei der Modernisierung der Anlage und dem Umbau auf Frequenzumrichter zur Steigerung der Energieeffizienz sollten auch die veralteten SPS ersetzt werden. Die Anforderungen des Kunden waren ein kompakter Controller, eine verbesserte Alarm- und Ereignisdarstellung sowie ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis. Daher fiel die Wahl auf Freelance mit AC 700F.

Kundenprojekte mit AC 700F


Die Saperatec GmbH ist Technologieführer für das Auftrennen von verklebten und beschichteten Strukturen und die dadurch ermöglichte Rückgewinnung von wertvollen Rohstoffen
Entscheidend für Saperatec war die Möglichkeit, I/Os direkt an die CPU anzuschließen. Das vereinfachte den Aufbau des Leitsystems.

Durch die höhere Leistung des AC 900F verfügt das Freelance System außerdem über Leistungsreserven für die Zukunft, was bei einer Pilotanlage wie dieser von Vorteil ist. Weitere Vorteile sind beispielsweise die Verwendung nur eines Engineering-Tools, die durchgängige, systemweite Plausibilitätsprüfung der Benutzerprogramme über alle Prozess- und Leitstationen hinweg sowie die grafische Konfiguration mit leistungsfähigen Editoren.

Freelance kann in verschiedensten Industrien eingesetzt werden. Weitere Fallstudien zu Freelance nach Industrie

Effizienz ist alles

Freelance Engineering (früher Control Builder F) ermöglicht die einfache, klar strukturierte und intuitive Konfiguration der nativen Freelance Leitstationen (früher DigiVis). Zu diesem Zweck stehen vorkonfigurierte Visualisierungskomponenten wie Faceplates, Moduldiagnose, erweiterte Funktionen für die Fehlerbehebung, einsatzbereite Systemkommunikation, eine Ereignisliste, eine Alarmzeile, Trendbilder mit Historian-Funktion und automatisch erzeugte Ablaufsprachenbilder zur Verfügung. Eine umfassende Funktionsbausteinbibliothek mit mehr als 220 in der Praxis bewährten und getesteten Funktionen einschließlich Faceplates erspart aufwendige Programmierungen und Tests.

Freelance Engineering verifiziert Automatisierungsfunktionen während der Konfiguration, und die Applikationsprogramme werden auf formale Richtigkeit und Vollständigkeit überprüft, damit Fehler schnell gefunden und leicht behoben werden können. Die komfortable Querverweisfunktion ermöglicht leichtes Auffinden von Variablen in allen Editoren bis ins Grafikbild. Dank all dieser Merkmale werden die Transparenz, Lesbarkeit und Anpassbarkeit der Applikation verbessert und die Betriebssicherheit erheblich gesteigert. Die gesamte Automatisierungsapplikation, bestehend aus mehreren Controllern einschließlich sämtlicher Bedienergrafiken und Feldgeräteparameter, wird im Engineering-Tool in einer einzigen Datei gespeichert. Diese vollständige Projektdatei ist so klein, dass sie auf einem kleinen Speicherstick Platz findet und sogar per E-Mail versandt werden kann. In der Betriebs- und Instandhaltungsphase können Kosten durch erweiterte Diagnosemöglichkeiten und verbessertes Alarmmanagement gesenkt und die Verfügbarkeit gesteigert werden. So lässt sich die Wirtschaftlichkeit der gesamten Anlage deutlich steigern.

Freelance Engineering

Auf dem richtigen Weg

„Im Bereich der Prozessleitsysteme verfügt ABB über zwei Angebotspaletten“, so Elmar Vogt. „Hierbei handelt es sich um Essential Automation und Extended Automation.“

Extended Automation System 800xA wurde vor ca. 10 Jahren eingeführt und ist mittlerweile auf dem Markt etabliert. Es handelt sich um die Lösung von ABB für erweiterte Prozessapplikationen, die in erster Linie für Großanlagen gedacht ist, für die Bedienereffizienz besonders wichtig ist und bei denen zahlreiche Funktionen für Automatisierungs-, Sicherheits-, Asset- und Informationsmanagement sowie elektrische Ausrüstung integriert sind.

Im Gegensatz dazu wird bei Essential Automation die Komplexität reduziert. Zusammen mit dem PLS Freelance zählt zum Essential Automation Portfolio auch die Compact Product Suite, eine Reihe von Prozessautomatisierungsprodukten wie Prozessregler, Safety-Controller, Feldschnittstellen, Prozessschreiber und HMI. Diese Produkte können sowohl in Kombination als auch eigenständig verwendet werden.

Die Kunden von ABB im Bereich der Prozessleittechnik teilen sich im Wesentlichen in zwei Gruppen: wertorientierte Kunden und automatisierungsorientierte Kunden. Beide Gruppen zeichnen sich durch individuelle Eigenschaften aus. So verfügen beispielsweise die wertorientierten Kunden von ABB über große Engineering- und Instandhaltungsabteilungen und sind bereit, den Preis für ein Premiumsystem zu zahlen, das auch optimierte Strategien für das gesamte Unternehmen berücksichtigt.

„Was die Vertriebskanäle angeht, so bestehen die meisten Kundenbeziehungen direkt zu ABB“, so Elmar Vogt. „System 800xA eignet sich optimal für diese Art von Kunden, z. B. große Öl- und Gasunternehmen.“

Die automatisierungsorientierten Kunden achten hingegen eher auf den Preis und bevorzugen ein benutzerfreundliches System gegenüber einer umfassenden, integrierten Client-/Server-Lösung. Diese Unternehmen haben häufig nur wenige Mitarbeiter im Bereich Engineering und Instandhaltung. Die Projektverantwortlichen sind meist eher im Bereich Engineering oder Anlagenbetrieb angesiedelt als in der Geschäftsführung. Sehr häufig fungieren Systemintegratoren als Vertriebskanal. Aus diesem Grund eignet sich für diese automatisierungsorientierten Kunden in den meisten Fällen das Produktportfolio von ABB Essential Automation am besten.

In der Regel fungiert anstelle von ABB eher ein Systemintegrator als Vertriebskanal. „Dementsprechend ist unser Essential Automation Angebot für die automatisierungsorientierten Kunden am besten geeignet“, erklärt Elmar Vogt. „Die ABB University bietet hierzu spezielle Kurse, es gibt jedoch auch ein Quickstart-Tutorial für einen schnellen und einfachen Einstieg in das System.“

Dank der breiten Palette verfügbarer Controller erhalten Kunden mit dem System außerdem ein hohes Maß an Skalierbarkeit.

Elmar Vogt, Global Product Line Manager von Freelance bei ABB Control Technologies:
„In vielen Anlagen werden SPS eingesetzt, obwohl sich eine PLS-Lösung besser eignen würde.“

In einigen Fällen beruhte die Entscheidung auf der Annahme, ein PLS sei zu groß, zu komplex und kostspielig und erfordere einen zu hohen Engineering-Aufwand. Daher wurde den SPS-Applikationen der Vorzug gegeben. Doch das PLS kann durchaus mit SPS mithalten, da es sehr intuitiv zu bedienen sowie leicht instand zu halten und aufzurüsten ist und überdies Engineering-Kosten spart.

Wirtschaftlichkeit

Das PLS Freelance benötigt nur wenig Platz. Die Systemsoftware kann also auf jedem Standard-PC ausgeführt werden, und die Kosten für Engineering, Inbetriebnahme und Instandhaltung sind relativ gering. „Die aktuelle Version von Freelance bietet eine Reihe neuer Funktionen“, erklärt Elmar Vogt.

Hierzu zählen u. a. Verbesserungen von Freelance Engineering, z. B. ein intuitiver Autorouter im FBS-Editor (Funktionsbausteinsprache) und die Möglichkeit, mehrere Editoren gleichzeitig zu öffnen.

2011 besuchten Vertreter von Carolina Automation Systems (CAS) die ABB Messe Automation and Power World in Orlando und informierten sich über das PLS Freelance. Die Freelance Demo und die Benutzerfreundlichkeit des Systems beeindruckten sie so sehr, dass sie das System ihrem Kunden, der Wake Stone Corporation, weiterempfahlen, der auf der Suche nach einer modernen, aber dennoch kompakten PLS-Lösung war.

Wake Stone beauftragte CAS mit der Durchführung des Umrüstungsprojekts mit Beginn im Juni 2012. Mit Freelance konnte CAS bei der Wake Stone Corporation zum 1. August 2012 ein voll konfiguriertes System implementieren.

Carolina Automation Systems (CAS) hatte keinerlei Erfahrung mit PLS und arbeitete außerdem erstmals mit Freelance. Der straffe Projektzeitplan wurde dennoch eingehalten.
Zu den wesentlichen Erfolgsfaktoren zählten Zeiteinsparungen durch den Einsatz desselben Engineering-Tools für HMI-Konfiguration, Kommunikation und Automatisierungsfunktionen.

Für eine SPS-/SCADA-Lösung wären mehr Engineering-Tools und mehr Tags sowie eine längere Konzeptionsphase erforderlich gewesen.

Fallstudie Carolina Automation Systems


Potenziale auschöpfen

Obwohl Freelance bereits seit rund 20 Jahren erhältlich ist und besonders in der Spezialchemieindustrie in Deutschland und China über einen umfangreichen Kundenstamm verfügt, zählt das System immer noch zu den Geheimtipps unter den ABB Produkten.

Das liegt daran, dass dieses PLS kaum beworben wurde, und stattdessen Mundpropaganda und Weiterempfehlungen bei der Verbreitung der Bekanntheit eine wichtige Rolle spielten. Sobald das System bei einem Kunden zum Einsatz kam, überzeugte es durch seine Benutzerfreundlichkeit und Robustheit.

Insbesondere in Verbindung mit dem 2013 neu eingeführten AC 900F Controller eröffnet Freelance weltweit in zahlreichen Industrien neues Potenzial für Applikationen, die kein PLS mit erweitertem Funktionsumfang benötigen.

Minimum Engineering – Maximum Automation. Dieses Motto fasst zusammen, was Freelance ausmacht: Eine kostengünstige Lösung für die Prozessautomatisierung mit genau der richtigen Größe sowie einfacher Installation und Instandhaltung.

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