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Barrierefreies FDT dank Desktopvirtualisierung

Barrierefreies FDT dank Desktopvirtualisierung

Der nachhaltige Erfolg der FDT-Technologie in Prozess- und zunehmend auch Fabrikautomatisierung lässt sich nicht bestreiten. Kritik erntet allerdings der problematische Einsatz von DTMs auf vielen Rechner und die Beschränkung auf die Windows-Plattform. Ein Remote-FDT Server-Konzept kann hier Abhilfe zu vertretbaren Kosten schaffen.




Bild: M&M Software

Das Zusammenspiel von Field Device Tools (FDT) und Device Type Managern (DTM) erleichtert das Engineering und die Parametrierung intelligenter Feldgeräte. Ungeachtet des Herstellers lassen sich auf Basis der FDT/DTM-Standards mehrere Komponenten mit nur einem Programm parametrieren, DTM bieten darüber hinaus weitreichende Diagnosemöglichkeiten in Form von grafischen Benutzerschnittstellen, die die Arbeit von Bediener und Wartungstechniker erleichtern können.

Grenzen der Fehlerdiagnose mit DTM und FDT

Meldet das Leitsystem einen Fehler für ein bestimmtes Feldgerät, kann der Anlagenbediener dessen Zustand über einen DTM-Dialog online analysieren. Idealerweise wird dazu die passende grafische Benutzerschnittstelle für das gestörte Gerät automatisch innerhalb der Bedieneroberfläche der Bedienstation angezeigt. Dies ermöglicht eine schnelle Reaktion auf kritische Anlagenstörungen. Beim Betrieb von größeren Anlagen mit zahlreichen Bedienstationen stößt FDT derzeit aber an Grenzen: Neben der FDT-Rahmenanwendung müssen alle zugehörigen DTM auf sämtlichen Systemen installiert werden, die die Benutzerschnittstellen anzeigen sollen. Die Einrichtung und spätere Aktualisierung auf vielen Computersystemen ist aufwändig und fehleranfällig. Läuft die Benutzeroberfläche des Prozessleitsystems zudem nicht auf einem Windows-System, sondern etwa unter Linux, scheidet die lokale Installation auf einer Scada-Bedienstation von vornherein aus.

Remote Desktop als Ausweg

Aus diesem Grund hat M&M Software zusammen mit Kundenbetrieben eine Lösung entwickelt, die die grafische Benutzerschnittstelle eines DTMs in die Anzeige (HMI) eines Scada-Systemes integriert, ohne die gerätespezifischen DTM lokal auf dem System zu installieren. Statt auf allen Bedienstationen werden die benötigten DTM auf einem zentralen PC-System installiert, dem Remote FDT-Server. Die grafischen DTM-Bedienoberflächen werden bei Bedarf per Fernzugriff an die Bedienstationen übertragen.

Steuerung auf Umwegen

Dazu wird im laufenden Betrieb durch eine in die Bedienoberfläche (GUI) der Bedienstation integrierte Softwarekomponente eine Nachricht an den FDT-Server gesendet. Diese Nachricht enthält die Bezeichnung des Feldgerätes, den Bedienernamen und optional weitere, vom Bedienkontext abhängige Parameter. Daraufhin startet der Remote FDT-Server eine neue Benutzersession und zeigt eine vereinfachte Instanz des angeforderten DTM an. Diese Schnittstelle stellt lediglich die für den Anlagenbetrieb nötigen FDT-Funktionen bereit, und wird per Remote Desktop in einem Fenster auf der Bedienstation angezeigt. Alle Eingaben des Bedieners in diesem Fenster werden zurück an den FDT-Server gesendet, ohne dass der Benutzer merkt, dass er eine Anwendung auf einem anderen System bedient. Dadurch kann der Anwender – je nach Zugriffsrechten – von der Bedienstation aus Geräteparameter anschauen oder auch ändern.

Vorbereitende Segmentierung der Anlage

Um den gleichzeitigen, konfliktfreien Zugriff mehrerer Bedienstationen auf die Funktionen des Remote-Servers zu ermöglichen, unterteilt der Anlagenprojektierer die zu überwachende Gesamtanlage in unabhängige Teilsegmente. Jedes Segmente und die darin enthaltenen Feldgeräte müssen vom zentralen Server-PC über Ethernet erreichbar sein. Ein eigenes FDT- Projekt beschreibt für jedes Segment die Bustopologie sämtlicher enthaltener Geräte, dazu müssen die Projekte an einem zentralen Ort im Firmennetz abgelegt sein, auf den der Remote FDT-Server Zugriff hat. Für Änderungen während des Anlagenbetriebs können Bediener-zugriffe vorübergehend zentral gesperrt werden.

Lösung per VNC oder RDP

Der Remote FDT-Server arbeitet je nach Anforderung mit einem von zwei technischen Lösungsansätzen. Die erste Variante setzt als Basistechnologie für den Fernzugriff auf Virtual Network Computing-Technologie (VNC). Das Verfahren unterstützt sowohl physikalische Rechner als auch virtuelle Maschinen (VM) – also Betriebsprogramme, die sich im System als vollwertiger Rechner ‚ausgeben‘. Jede Benutzersession wird dabei durch eine virtuelle Maschine realisiert, die auf dem FDT-Server als Host läuft.

Ein auf dem Server installierter Dienst verhindert den parallelen Zugriff auf das gleiche FDT-Teilprojekt durch verschiedene Bedienstationen, zusätzliche Watch-Dog-Funktionen verhindern, dass zugewiesene VMs durch nicht ordnungsgemäß abgemeldete VNC-Clients blockiert werden. Die RDP-Variante basiert hingegen auf Microsoft Remote Desktop Services, früher unter dem Namen Terminal Server bekannt. Hier werden Benutzersessions direkt als Remote Desktop Sessions im Terminal Server abgebildet und per RDP-Protokoll an die Bedienstationen übertragen. Auch hier koordiniert ein zusätzlicher zentraler Dienst die laufenden Bedienoperationen.

Der Remote FDT-Server fügt sich per VNC oder RDP und Web Services in die vorhandene Kommunikationsstruktur der Scada-Ebene ein. Bild: M&M Software

Kompatibilität und Lizenzen

Bei der VNC-Variante laufen die DTM in einer 32-Bit-Umgebung, Kompatibilitätsprobleme sind daher eher unwahrscheinlich. Die RDP-Variante läuft dagegen auf Windows Server 2008 R2, einem 64-Bit-Betriebssystem. Einige ältere DTM könnten hier Problem machen, dafür sind die Lizenzbedingungen klarer: Neben der Serverlizenz für jede Bedienstation genügt eine RDS Client Access License. Für den Einsatz des VNC-Systems werden pro laufender VM zusätzliche Windows Workstation-Lizenzen benötigt, was den Anwender vor die ein oder andere technische und lizenzrechtliche Hürde stellen kann.

Ein weiterer Vorteil von RDP liegt im eingebauten Verschlüsselungssystem, das im Bedarfsfall bei VNC nachgerüstet werden muss. Aus Anwendersicht sind beide Varianten jedoch funktional identisch. Welches Virtualisierungsverfahren zum Einsatz kommt, hängt vor allem von den Präferenzen der IT-Abteilung ab. In jedem Fall sollten Unternehmen darauf achten, dass Hardwareausstattung und vor allem Arbeitsspeicher der Anzahl erwarteter, paralleler Benutzersessions gerecht werden. Als Faustregel gilt ein halbes Gigabyte Speicherplatz pro aktiver Benutzersession, beim Einsatz ressourcenhungriger DTM kann sich dieser Wert aber auch verdoppeln.

Integration in Leitsysteme

Ungeachtet der Server-Software stehen Client-Komponenten für verschiedene Betriebssysteme bereit, vielfach als Open Source oder Freeware, zusätzlich bietet der Server auch eine fertige Anzeigekomponente für die Client-Seite. So lassen sich DTM-Benutzerschnittstellen über den Remote FDT-Server in nahezu jede Scada-HMI mit überschaubarem Aufwand integrieren. Die Remote-Lösung gestattet außerdem den DTM-Zugriff per Webbrowser. Dafür vergibt der eingebauten Web-Server eine spezifische URL für jeden DTM. Als Client kommen neben PC-basiereten Lösungen auch mobile Geräte mit entsprechender Displaygröße infrage. Das iPad von Apple ist hierfür ein plakatives, wenn auch nicht praxisrelevantes Beispiel.

Datenbrücke in die Feldebene

Die vorgestellte Lösung ist sicher nicht das erste Konzept, das Terminal-Server oder ähnliche Technologien verwendet, um FDT/DTM als Serverlösung verfügbar zu machen. Dafür trägt der FDT-Server jedoch den besonderen Anforderungen des Anlagenbetriebs Rechnung und bietet einfache Integration auch in Scada-Lösungen ohne FDT-Unterstützung. Dadurch ergeben sich mehrere Vorteile für Anwender:

Der Remote FDT Server unterstützt derzeit DTMs nach FDT 1.2 und 1.2.1, Unterstützung für den kommenden FDT 2.0-Standard ist für die nahe Zukunft geplant. Die Unterstützung von FDI hängt von der Kompatibilität von FDI und FDT ab.