Automatisierungspyramide

Automatisierungspyramide – was ist das?

Gerade in komplexen Systemen gibt es nie nur eine einzelne Ebene, auf der ein Prozess und dessen Zwischenschritte ablaufen. In den meisten Fällen gliedert sich dieser Vorgang auf mehrere Ebenen, sodass eine reibungslose Kommunikation zwischen den Komponenten erforderlich wird. Möglich wird dies durch sogenannte Bussysteme. Bei einem solchen Systembus handelt es sich um die Zusammenfassung dieser Busse, oder auch Datenschienen, die innerhalb eines Mikrorechners dafür sorgen, dass der Hauptprozessor (CPU für Central Processing Unit) mit den restlichen Geräten fungieren kann. Rückführend zu der Thematik der verschiedenen Ebenen lassen sich verschiedene Gesetzmäßigkeiten feststellen, die veranschaulichen, wie der Datenaustausch innerhalb einer Pyramide und Systemen vonstattengeht. So lässt sich besonders eine Konstante feststellen, die gleichzeitig auch die Problematik veranschaulicht: Zwischen den unterschiedlichen Ebenen, die in der Automatisierungspyramide vorkommen gilt die Regel, dass die Übertragungsgeschwindigkeit langsamer wird, je höher eine Ebene liegt, aber dafür auch die Menge der zu übertragenden Daten immer mehr zunimmt. Bei den verschiedenen Ebenen wird folgende Unterteilung vorgenommen.

Automatisierungspyramide – die Feldebene

Die Feldebene wird auch als Sensor-und Aktorebene bezeichnet. Sie liegt an der untersten Stelle im Steuerungsprozess und ist somit die unterste Ebene der Automatisierungspyramide. An diesem Punkt findet die Steuerung der Prozesse bezüglich der Produktion und Fertigung statt. Geschehen können dies über die entsprechenden Sensoren und Aktoren, durch welche diese Ebene ihren Namen erhält. In der Feldebene werden Daten, wie der Füllstand, die Temperatur, die Drehzahlen und der Druck gesammelt, die auf den Prozess bezogen sind. Neben diesen Prozessdaten werden allerdings auch Daten, die relevant für die Sicherheit und Qualität des Vorgangs sind, verarbeitet. Sobald die Daten in der untersten Ebene der Automatisierungspyramide angekommen sind, werden sie an dieser Stelle gelesen und anschließend verarbeitet. Der nachfolgende Datenaustausch erfolgt allerdings nicht innerhalb der Ebene, sondern wird übergreifend auf die zweite Ebene,die Steuerungs- und Prozessebene geleitet. Diese Verbindung innerhalb der Automatisierungspyramide wird über den Feldbus erreicht, der üblicherweise ein PROFIBUS, eine AS-Interface oder CANopen, sowie DeviceNet ist.

Automatisierungspyramide – die Steuerungs- / Prozessebene

Hierbei handelt es sich um die zweite Ebene innerhalb Automatisierungspyramide. Die verschiedenen Aufgabenbereichen werden hier typischerweise oft über SPS, also Steuerungen, deren Speicherung programmierbar ist, oder auch einen CNC-Rechner gehandelt. Neben der Sammlung, anschließenden Aufbereitung und letztlich stattfindenden Verarbeitung der Daten aus der Feldebene, zählt auch die allgemeine Verwaltung der Steuerungsgruppen und Regelgruppen, sowie das Ausführen der entsprechenden Vorgänge aus diesen Gruppen und die Weiterleitung ausgewählter Daten an die höher gelegene Ebene, die Systemebene, zu den Aufgabenbereichen, die innerhalb der zweiten Ebene erledigt werden. Darüber hinaus werden innerhalb der Steuerungs-und Prozessorebene auch die gesammelten und verarbeiteten Daten visualisiert. Anders als in der ersten Ebene, findet hier der Datentausch nicht nur zwischen zwei Ebenen statt, sondern auch innerhalb diesem Teil der Automatisierungspyramide.
Als Feldbus finden sich hier die gleichen Steuerungselemente wie in der Sensorebene und zudem noch das Industrial Ethernet.

Automatisierungspyramide – die System- / Zellebene

Hier handelt es sich um die Ebene innerhalb welcher gleich von mehreren Prozessen die Funktionen der Überwachung, Regelführung und Steuerung stattfinden. Hier werden ähnliche Aufgaben, wie die der Steuerungsebene erledigt, allerdings handelt es sich um eine qualifizierte und umfassendere Ausführung. So werden hier die bestimmten Daten an die Leitebene übermittelt und es kommt zu einer zentralen Visualisierung der empfangenen Daten. Zudem werden gleich mehrere Steuerungs-und Regelgruppen verwaltet. Neben den SPS ist hier ein PC ein typisches Einsatzgerät. Der Datenaustausch und der verwendete Feldbus sind gleich der zweiten Ebene der Automatisierungspyramide.

Automatisierungspyramide – Leitebene und Betriebsebene

Diese beiden Ebenen finden sich vorwiegend in der großen Produktion und beim Umgang mit Anlagen sowie Betriebsstätten. Diesen Ebenen sorgen hierbei für die Steuerung und eine bereits detailliertere Planung. Anders als bei den vorangegangenen Bestandteilen der Automatisierungspyramide haben hier die Feldbusse und deren Systeme kaum bis keinerlei Relevanz, weswegen sich das Industrial Ethernet zum Einsatz eignet.

Automatisierungspyramide – die Geschichte

Die Begrifflichkeit der Automatisierungspyramide ist im Bereich der Automationstechnik bereits seit den 80er Jahren bekannt. Damals umfasste dieses Konstrukt allerdings noch drei untergeordnete Ebenen, welche als „Ein-Ausgabeebene“, die „Automatisierung“ und die „Mensch-Maschine-Schnittstelle“ deklariert waren. Für die oberen Ebenen wurde die Bezeichnung als CIM-Pyramide verwendet. Zwar begegnet dieser Begriff in der Automatisierungstechnik noch in einigen Fällen, doch durch die Zunahme moderner Techniken in den Produktions-und Fertigungsbetrieben setzte sich die prägnantere Formulierung durch. Die Funktion, zu welcher die Automatisierungspyramide entwickelt wurde, ist die Einordnung von Systemen aus der Leittechnik. Zudem erleichtert diese Form der industriellen Kommunikation die Visualisierung der industriellen Fertigung und ihrer Techniken dank der Unterteilung des Prozesses in verschiedene Ebenen. So kann beispielsweise durch dieses Modell die fließenden Grenzen innerhalb einer Produktion veranschaulicht werden. Die Gliederung erfolgt hierbei in analoge Datenübertragungen und Datenverarbeitungen, sowie in das digitale Pendant.