Engineering

Peter Kemptner | Meinrad Happacher,

Kein Bruch zwischen E-CAD und Automation

Soll der mechatronische Ansatz im Engineering umgesetzt werden, ist eine Datendurchgängigkeit der Entwicklungswerkzeuge aller drei Disziplinen – Mechanik, Elektrik und Software – unabdingbar. Eplan und B&R haben daran gearbeitet, die beiden Entwicklungswerkzeuge 'Automation Studio 4' und die Elektroplanungssoftware „Eplan Electric P8“ aufeinander abzustimmen. Ergebnis ist: Hardware- und Software-Entwickler erhalten eine gemeinsame Datenbasis und kommen schneller und sicherer zu Entwicklungsergebnissen.

© B&R

Maschinen und Anlagen bestehen längst nicht mehr nur aus Mechanik. Vielmehr handelt es sich um mechatronische Gesamtwerke, in denen Elektrik, Elektronik und Software ebenso bedeutend sind. Weil sich die Aufgaben in den einzelnen Fachgebieten wesentlich unterscheiden, arbeiten Entwickler der unterschiedlichen Disziplinen meist nach Spezialisierung getrennt. Sie verwenden unterschiedliche, für den jeweiligen Zweck optimierte Softwarewerkzeuge.

Diese Arbeitsteilung folgt nicht selten auch heute noch einer sequenziellen Methodik, bei der die elektrische und elektronische Ausstattung der Maschine erst auf Basis der fertigen mechanischen Konstruktion im Detail geplant wird. Die Software, die ihre Wirkung nur auf einer bestimmten Hardware-Konfiguration entfalten kann, wird in diesem Modell ganz zuletzt
erstellt.

Konfigurationsdaten gemeinsam nutzen

Der Schlüssel, die Entwicklung effizient zu parallelisieren, liegt darin, die Entwicklungssysteme zu optimieren: Die unterschiedlichen Entwickler müssen auf eine gemeinsame Datenbasis zugreifen und miteinander Informationen austauschen können. Eine wesentliche Steigerung der Entwicklungseffizienz lässt sich durch die gemeinsame Nutzung von Stamm- und Konfigurationsdaten erzielen. „Die Grenzen zwischen den Disziplinen werden aufgrund der zunehmenden Offenheit der eingesetzten Systeme durchlässiger“, sagt Thomas Michels, Leiter Produktmanagement bei Eplan. „Die Einführung der datenbankgestützten Eplan-Plattform vor etwa sechs Jahren ermöglichte intelligente, einfach zu handhabende Schnittstellen zu Fremdsystemen.“

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B&R-Automatisierungshardware kann in Eplan Electric P8 in einer Schaltschrankansicht zu Konfigurationen zusammengestellt werden.

© Eplan

Und auch bei B&R hat sich hinsichtlich disziplinübergreifender Zusammen-arbeit einiges getan: Mechatronisch orientierte Software-Entwickler werden in der aktuellen Generation der B&R-Entwicklungsumgebung unter anderem bei einer durchgängigen Gestaltung der Hardware-Konfiguration unterstützt, die als Grundlage der Automatisierungssoftware unverzichtbar ist. Dazu verfügt Automation Studio 4 über eine bidirektionale Schnittstelle zu Eplan Electric P8. Über diese Engineering-Plattform ist zudem eine interdisziplinäre Zusammenarbeit in der Hardware-Projektierung der Automatisierungstechnik gewährleistet. Neben der Elektrotechnik ist mit Eplan Fluid die Projektierung in der Hydraulik, Pneumatik, Kühlung und Schmierung auf der Eplan-Plattform vertreten. Weitere offene Schnittstellen ermöglichen eine tiefe Integration der Plattform in die Prozess- und Systemlandschaft der Kunden. Dieser mechatronische Ansatz reduziert den Arbeitsaufwand und eliminiert eine wesentliche Fehlerquelle im Engineering.

Ansicht wie im Schaltschrank

Nach erfolgter Konfiguration der Busanschlüsse und sonstiger Parameter lässt sich die Konfiguration als Ganzes exportieren.

© Eplan

Zur Konfiguration der Zielhardware verwenden Automatisierungsentwickler in Automation Studio 4 den System Designer. In diesem grafischen Editor entsteht die Topologie-Ansicht des Systems durch Anordnung von Fotos der einzelnen Hardware-Komponenten. Die Verbindungen zwischen den Komponenten werden quasi wie im Schaltschrank gesetzt. Fremdkomponenten werden durch Import der Geräte-Beschreibungsdateien, die von allen namhaften Herstellern bereitgestellt werden, hinzugefügt.

Dr. Hans Egermeier, Business Manager Automation Software bei B&R: „Die Möglichkeit zum vollgrafischen Arbeiten in der 2D-Darstellung des System Designer gestaltet die Hardware-Konfiguration einfach und schnell.“

© B&R

„Die Möglichkeit zum vollgrafischen Arbeiten in der 2D-Darstellung des System Designer gestaltet die Hardware-Konfiguration einfach und schnell“, sagt Dr. Hans Egermeier, Business Manager Automation Software bei B&R. „Zudem bleibt die Darstellung auch sehr komplexer Architekturen mit zahlreichen Varianten und Optionen übersichtlich, was speziell im Fall von Änderungen eine große Hilfe ist.“

Die Verbindungen zwischen den einzelnen Hardware-Komponenten werden durch Anwahl der Konnektivität im Hardware-Katalog erstellt. Anhand der dort hinterlegten Geräte-Eigenschaften prüft Automation Studio zusätzlich im Hintergrund die Plausibilität und setzt bereits erste Parameter. Die Verbindungen zwischen den einzelnen Hardware-Baugruppen werden im XML-Format gespeichert. Sie stehen dadurch sowohl für die automatisierte Fehlersuche und Diagnose zur Verfügung als auch für externe Anwendungen wie Eplan Electric P8.

Bidirektionaler XML-Export

Um die Hardware-Konfiguration weiter zu vereinheitlichen und zu verein­fachen, lassen sich ganze Hardware-Topologien inklusive I/O-Mapping direkt aus Eplan Electric P8 in Automation Studio übernehmen und bidirektional abgleichen. Technisch funktioniert der Abgleich per Import oder Export der Projektdaten in Form von XML-Dateien.

Thomas Michels, Leiter Produktmanagement bei Eplan: „Die Ingenieure können die Hardware in Automation Studio und Eplan Electric P8 grafisch aufsetzen, konfigurieren und zusammenstellen, als ob sie vor dem Schaltschrank stünden."

© Eplan

„Heute wird in aller Regel noch zuerst die Mechanik, dann die Elektrokonstruktion und am Ende – oft unter enormem Zeitdruck – die Software entwickelt“, sagt Egermeier. „Zumeist werden daher die Entwickler fertige Konfigurationen aus Eplan Electric P8 nach Automation Studio übernehmen. Die Möglichkeit, umgekehrt vorzugehen und eine von der Software vorgegebene Konfiguration zur Weiterbearbeitung an die Elektrokonstruktion zu übergeben, ist durch die bidirektionale Schnittstelle ebenfalls gegeben und wird nicht selten auch die effizientere Alternative sein.“

In erster Linie dient der bidirektio­nale Datenaustausch der Synchroni­sierung zwischen den unterschied­lichen Entwicklungsdisziplinen, die stets auf Basis aktueller und für beide Seiten gültiger Daten arbeiten können. Die an der gemeinschaftlichen Entwicklung Beteiligten müssen einander für die Abstimmung nicht treffen, was die Zusammenarbeit erleichtert und den Zeit- und Kostenaufwand von Reisen und Sitzungen minimiert. So kann sukzessive ein Gesamtwerk entstehen, das in der finalen Version garantiert interdisziplinäre Datenkonsistenz aufweist.

„Das ist gerade in zeitkritischen Situationen ein unschätzbarer Vorteil“, sagt Michels. „Last-Minute-Änderungen während einer heißen Inbetriebnahmephase führten in der Vergangenheit oft zu späteren Problemen, weil sie nicht ausreichend durchdacht und dokumentiert wurden.“ Werden die Daten über definierte Schnittstellen getauscht, sodass Änderungen für alle Entwickler jederzeit sichtbar sind, bleibt die Datenkonsistenz bis zuletzt gewahrt.

Jede Seite arbeitet unverändert auf den gewohnten Softwaretools, die sie bei ihren spezifischen Aufgaben bestmöglich unterstützen. Kommt es vor, dass Elektrokonstrukteure auf der einen und Software-Entwickler auf der anderen Seite gleichzeitig Änderungen vornehmen, kann es zu Konflikten kommen.

Konflikte bewusst beheben

Im Hardware-Konfigurationstool System Designer, Teil der B&R-Entwicklungs­umgebung Automation Studio, werden alle Details des Projektes aus Eplan Electric P8 importiert.

© B&R

Die jeweiligen Softwaretools zeigen die widersprüchlichen Inhalte durch Hervorheben auf, sodass sich die Entwickler für die eine oder die andere Variante entscheiden können. Bewusst wurde hier auf einen Automatismus verzichtet, der ein gewisses Maß an Fehleranfälligkeit in sich bergen würde.

„Software-Entwickler kennen ähnliche Methoden von Programmcode-Editoren, andere vom Textverarbeitungsprogramm im Büro“, sagt Egermeier. „Da alle Änderungen gegenüber dem zuletzt bearbeiteten Stand angezeigt werden, entsteht ohne zusätzlichen Arbeitsaufwand für deren Dokumentation eine lückenlose Versionierung.“

Einheitliches Bild senkt Abstimmungsaufwand

Elektrokonstrukteuren wird bei der Erstellung ihrer Schaltschrank-Konfiguration viel Handarbeit allein dadurch abgenommen, dass sämtliche heute lieferbaren Geräte und Hardware-Komponenten von B&R als fertige Makros für Eplan Electric P8 vorliegen und mit all ihren Eigenschaften zum kostenlosen Download bereitstehen.

Ebenso einfach wie der Import in Automation Studio gestaltet sich der Import der modifizierten Konfiguration nach Eplan Electric P8 – parallel arbeitende Entwickler sind so immer auf einem einheitlichen Stand.

© Eplan

„Diese Datenmodelle der Hardware machen die Schnittstelle zwischen Automation Studio und Eplan Electric P8 noch komfortabler“, sagt Michels. „Die Ingenieure können die Hardware in beiden Systemen grafisch aufsetzen, konfigurieren und zusammenstellen, als ob sie vor dem Schaltschrank stünden und die Produkte auf die Hutschiene setzten.“

Da die Schaltschrankansichten in beiden Systemen verlässlich übereinstimmen, können sich die Entwickler, wenn Fragen auftreten, einfach telefonisch abstimmen. Obwohl sie in unterschiedlichen Systemen arbeiten, haben sie das gleiche Bild vor sich, jeder weiß sofort, wovon der andere spricht. Das erspart Missverständnisse und verkürzt die Zeit, die bisher für solche Rückfragen aufgewendet werden musste.

Weitreichende Integration

Eplan-seitig greift die Schnittstelle direkt auf die Datenbank der Engineering-Plattform zu, in der die Projektdaten aus allen Eplan-Lösungen übergreifend gespeichert sind. Daher beschränkt sich der Datenaustausch nicht auf die Elek-trotechnik, sondern kann zusätzlich – etwa in Form von Ventilinseln – die Fluid-Technik umfassen.

Durch Abgleichunterstützung ähnlich wie in Programmcode-Editoren entsteht ohne zusätzlichen Arbeitsaufwand eine lückenlose Versionierung.

© B&R

Die Eplan-Schnittstelle ist für zahlreiche Entwicklungsumgebungen verfügbar. Die Integration kann so weit gehen, dass mit unterschiedlichen SPS-Fabrikaten realisierte Anlagenteile, Module oder Unterbaugruppen innerhalb einer gemeinsamen Schaltanlagenkonstruktion zusammengefasst werden. Über diese Schnittstelle besteht die Möglichkeit eines Datenaustausches von der mechanischen Konstruktion über die Elektroplanung bis zur Software-Entwicklung und umgekehrt, da an die Engineering-Plattform von Eplan auch MCAD-Systeme andocken können.

„Von Power-Panels über modulare I/O-Bausteine bis zu Antrieben und Motoren haben alle Produkte, die in einer Hardware-Konfiguration eine Rolle spielen könnten, Abmessungen und Befestigungspunkte als Teil ihrer Beschreibung“, weiß Egermeier. „Auf diese Weise könnte die Effizienzsteigerung und der Fehlerausschluss auch unter Berücksichtigung der mechanischen Aspekte erfolgen.“

Autor: Peter Kemptner ist freier Journalist aus Salzburg.

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