Definition und Problem:
Datenkonsistenz bezeichnet die Eigenschaft von Daten, dass sie zu jedem Zeitpunkt korrekt, widerspruchsfrei und gültig sind. Im Kontext der Automatisierungstechnik ist die Gewährleistung der Datenkonsistenz von entscheidender Bedeutung, insbesondere wenn mehrere Programmteile (Tasks), CPUs oder Systeme gleichzeitig auf gemeinsame Daten oder Variablen zugreifen und diese verändern.
Das Problem der Dateninkonsistenz tritt auf, wenn ein Programmteil eine Variable liest, während ein anderer Programmteil diese Variable gerade modifiziert. Das Ergebnis ist ein undefinierter oder fehlerhafter Zustand, der zu unvorhersehbarem Maschinenverhalten, Fehlfunktionen oder sogar gefährlichen Situationen führen kann.
Maßnahmen zur Gewährleistung der Datenkonsistenz:
Um Datenkonsistenz in Automatisierungssystemen zu gewährleisten, werden verschiedene Mechanismen eingesetzt:
- Atomare Operationen: Sicherstellen, dass Operationen, die auf Daten zugreifen oder diese ändern, unteilbar sind (entweder ganz oder gar nicht ausgeführt werden). Dies verhindert, dass ein Programmteil einen inkonsistenten Zwischenzustand liest.
- Synchronisationsmechanismen:
- Mutex (Mutual Exclusion): Stellt sicher, dass nur eine Task zu einem bestimmten Zeitpunkt auf eine gemeinsam genutzte Ressource oder einen Datenbereich zugreifen kann.
- Semaphore: Steuern den Zugriff auf eine begrenzte Anzahl von Ressourcen.
- Sperren (Locks): Temporäres Sperren von Datenbereichen während der Bearbeitung.
- Zugriffszyklen/Konsistente Datenbereiche: In SPSen werden Daten oft einmal pro Zyklus in ein Prozessabbild kopiert, um konsistente Daten für das Programm sicherzustellen, selbst wenn die physikalischen Eingänge während des Zyklus ihren Zustand ändern.
- Datenbausteine: In strukturierten Programmen können Daten in Datenbausteinen organisiert und der Zugriff darauf kontrolliert werden.
- Versionsverwaltung: Sicherstellung der Konsistenz von Programm- und Konfigurationsständen.
Relevanz in der Automatisierung:
Die Datenkonsistenz ist fundamental für die Zuverlässigkeit, Sicherheit und Korrektheit von Steuerungs- und Regelungsprozessen:
- Vermeidung von Fehlfunktionen und unkontrollierten Zuständen.
- Sicherstellung der Qualität von Produkten.
- Korrekte Anzeige von Prozesswerten auf HMIs.
- Zuverlässige Entscheidungsfindung auf Basis korrekter Daten.
Das Bewusstsein und die Implementierung von Maßnahmen zur Datenkonsistenz sind essenziell für jeden Automatisierungsingenieur und Programmierer.
→ Siehe auch: Atomare Operation, Datenintegrität, Multitasking, Synchronisation, SPS, Prozessabbild
