Lernfeld 9 · Prüfung Teil 2

Visualisierung und Datenaustausch mit IT-Systemen

HMI, OPC UA und MQTT verständlich: wie Anlagen Prozesswerte anzeigen, Meldungen verwalten und Daten sicher mit IT-Systemen austauschen.

21 Aufgaben dazu übenKostenlos, ohne Anmeldung, mit Lösungsweg

Darum geht es

Ein HMI (Human Machine Interface) zeigt dem Bediener Zustände, Messwerte und Meldungen der Anlage und nimmt Bedieneingaben wie Sollwerte oder Rezepturen an. Gute Bildschirme zeigen nur, was der Bediener braucht, und heben Abweichungen deutlich hervor. Rezepturen und Grenzwerte schützt du mit Benutzerverwaltung, Rollen und Passwörtern, Änderungen werden protokolliert.

Bei Störungen entstehen schnell viele Folgemeldungen. Ein gutes Meldekonzept unterscheidet Störungen, Warnungen und Hinweise, unterdrückt Folgemeldungen und zeigt die erste Ursache zuerst. Kurvenaufzeichnungen und Archive brauchen Speicher: Anzahl der Werte mal Bytes je Eintrag mal Einträge pro Sekunde mal Dauer.

Für den Datenaustausch mit MES, ERP oder Cloud hat sich OPC UA durchgesetzt. Ein OPC-UA-Server bildet die Anlage als Informationsmodell aus Knoten ab, ein Client kann es durchsuchen. Die Verbindung lässt sich mit Zertifikaten authentifizieren, signieren und verschlüsseln. MQTT arbeitet nach dem Publish/Subscribe-Prinzip: Geräte veröffentlichen Nachrichten zu einem Topic an einen Broker, und alle Abonnenten des Topics bekommen sie, ohne dass Sender und Empfänger sich kennen.

Das solltest du dir merken

Das HMI bedient und beobachtet, die Steuerungslogik liegt weiter in der SPS.
OPC UA ist herstellerunabhängig und bringt Sicherheit mit Zertifikaten gleich mit.
Bei MQTT verteilt der Broker die Nachrichten, Sender und Empfänger kennen sich nicht.
Folgemeldungen unterdrücken, damit die Ursache sichtbar bleibt.
Für den Kunden Verläufe als Kurve mit Grenzwertlinien zeigen, Summen und Kennzahlen als Tabelle.

Formeln

Speicherbedarf einer Aufzeichnung: $S = n \cdot b \cdot \frac{t}{T _{A}}$; $S$ Speicher in Byte, $n$ Anzahl der Werte, $b$ Byte je Eintrag, $t$ Aufzeichnungsdauer, $T_{A}$ Abtastintervall (gleiche Zeiteinheit)

Typische Fehler in der Prüfung

Bei der Speicherberechnung Sekunden, Stunden und Tage nicht auf eine Einheit gebracht.
Kilobyte und Megabyte mit 1000 statt 1024 umgerechnet, ohne zu prüfen, was die Aufgabe verlangt.
MQTT mit einer direkten Verbindung zwischen Sensor und Cloud-Anwendung verwechselt.
Zugriffsschutz nur über ein gemeinsames Passwort für alle Bediener gelöst.

Tipps aus der Werkstatt

Automatisierungspyramide von unten nach oben: Feldebene (Sensoren, Aktoren), Steuerungsebene (SPS), Prozessleitebene (HMI, SCADA), Betriebsleitebene (MES), Unternehmensebene (ERP). Zu jeder Ebene ein Gerät nennen zu können, bringt in offenen Aufgaben sichere Punkte.
OPC UA ist das Stichwort, wenn Daten herstellerunabhängig, verschlüsselt und mit Nutzerrechten von der SPS nach oben zu MES oder Cloud sollen. Ein HMI dagegen bedient und beobachtet die Anlage vor Ort und ersetzt keine Schnittstelle zur IT.
Bei der Übergabe einer Visualisierung den Kunden selbst bedienen lassen: Bild wechseln, Sollwert ändern, Störung quittieren. Die Einweisung mit Datum, Inhalt und Unterschrift festhalten und auf Wartungsvertrag, Rufbereitschaft und Fernwartung hinweisen.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

21 Aufgaben zu „Visualisierung und Datenaustausch mit IT-Systemen“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

Jetzt üben

Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Elektroniker/-in für Automatisierungstechnik (2003 i. d. F. 2018), Lernfeld 9; IEC 62541 (OPC UA). Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.