Drahtlose Automation: Berührungslose Energie-Übertragung und Profinet per WLAN machen das Shuttle des Rahmenlagers dynamisch und flexibel.

© FH Köln, AIT

Weil der Abschluss der Inbetriebnahme der Anlagen und der Produktionsanlauf praktisch übergangslos erfolgen sollten, standen die Anlagen für die Validierung der Kommunikationsfunktionen und für Konfigurationsanpassungen immer nur kurzzeitig, also in organisatorisch bedingten Pausen wie etwa bei Schichtwechseln oder nachts, zur Verfügung und erforderten daher entsprechend effiziente Prüfmethoden. Konkret setzte VW für diese Zwecke den am Institut AIT entwickelten ProfinetAnalyzer ein. Mit dieser speziell für die technische Abnahme von Maschinen ausgelegten Software lassen sich Produktionsmaschinen und Anlagen, die mit Profinet-Technologie ausgerüstet sind, auf ihre einwandfreie Funktion prüfen und somit Konfigurationsfehler bei der Inbetriebnahme und im laufenden Betrieb schnell erkennen. Grundlage hierfür ist eine automatische Auswertung des Profinet-Datenverkehrs.

Zur Erfassung der notwendigen Datenpakete wird der ProfinetAnalyzer durch den Einsatz von einem TAP vor die Kommunikationsstrecke der SPS integriert. Dies hat den Vorteil, dass das Diagnosetool mobil einsetzbar ist und nicht in jede Anlage integriert werden muss. Durch das integrierte Berichtswesen sind abschließend alle Ergebnisse sowie die Teilnehmerliste in Form eines Word-Dokumentes übersichtlich exportierbar. Bestandteil dieses Berichtes ist die Prüf- und Messkonfiguration, die der Benutzer definiert hat, sowie alle bei der Prüfung festgestellten Abweichungen.

Netzwerkstruktur des Produktionsnetzes: Eine Integration in das Unternehmensnetz ist konzeptionell vorgesehen: Hierdurch lassen sich Qualitätsdaten der Produktionsanlagen einfach in übergeordnete Serversysteme zur Archivierung übertragen.

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Insbesondere der Konfigurationsanalyse kommt im Rahmen der technischen Abnahme und Validierung der Profinet-Netze eine zentrale Bedeutung zu: Denn je später Konfigurationsabweichungen bemerkt werden, desto schwieriger wird die Durchführung nachträglicher Änderungen während der Produktion. Hinzu kommt, dass das Risiko bei der Durchführung von Änderungen steigt und ein ungewollter Produktionsstillstand teuer wird.
Kern-Element des Profinet-Konzeptes zur Konfigurationsanalyse ist die Verwendung von so genannten Gerätenamen für die eindeutige Kennzeichnung von IO-Controllern und IO-Devices innerhalb eines Anlagennetzes. Diese Gerätenamen werden bei der Projektierung und damit beim Engineering der Automatisierungsanlagen festgelegt.

Volkswagen hat für die Anlagen und Komponenten eine eindeutige Nomenklatur zur Vergabe der Gerätenamen festgelegt. Aus dieser geht hervor, um welchen Gerätetyp es sich handelt und an welcher Stelle der Anlage sich das Gerät befindet. Für Diagnosezwecke ist der Gerätename daher eine wertvolle Information und stellt einen wichtigen Bestandteil des Diagnosekonzeptes von Profinet dar. Da die Anlagen im VW-Werk im Netzwerkverbund arbeiten, muss die Bezeichnung für die Geräte­namen auch anlagenübergreifend eindeutig sein. Die Überprüfung der Geräte-namen war daher ein wichtiger Teil der durchgeführten Konfigurationsanalyse. Diese erfolgt bei dem vom AIT eingesetzten Verfahren mit Standard-Protokollen von Profinet und ermittelt neben den Gerätenamen die IP-Konfiguration, Sendezyklen und Firmware-Stände der einzelnen Profinet-Komponenten.

Ergebnisse der Konfigurationsanalyse: Aus dem Gerätenamen gehen Funktion und Einsatzort hervor – ein besonderer Vorteil von Profinet. Abweichungen im Sendezyklus deuten auf Projektierungsfehler oder Verschleierung hin.

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Projektierungsdaten aus dem Engineering-System sind für die Konfigurationsanalyse bei dieser Vorgehensweise nicht erforderlich – alle erforderlichen Informationen werden aus den Teilnehmern abgerufen oder aus der Echtzeit-Kommunikation zwischen den Teilnehmern ermittelt. Dies ermöglicht eine sehr effiziente Prüfung, weil sichergestellt ist, dass ein Zugriff auf reale Projektierungsinformationen erfolgt. Das ist erfahrungsgemäß wesentlich zuverlässiger als die Verwendung von Dateien aus den Engineering-Systemen, deren Aktualität gegebenenfalls nicht bekannt ist.

Ein weiterer Schwerpunkt des Projektauftrags war die Analyse der Profinet-Kommunikation auf der Anlagenebene. Sie gibt Aufschluss über zahlreiche Prüfmerkmale. Die Kommunikationsanalyse erfordert die Erfassung aller Datenpakete in einer Anlage. Für eine zuverlässige Aufzeichnung der Kommunikation kommt daher üblicherweise ein Test Access Port (TAP) zum Einsatz. Dabei handelt es sich um eine passive Netzüberwachungskomponente für Datennetze, die in die Kommunikationsstrecke vor der SPS integriert wird. Neben dem Zeitverhalten lassen sich so zum Beispiel die parametrierten Aktualisierungszeiten der einzelnen Profinet-Teilnehmer ermitteln. Auch die Erkennung von Fehlkonfiguration durch fehlende oder falsche Teilnehmer ist anhand der Protokoll-Analyse möglich, da die hierfür typischen Protokolle (DCP-Multicasts) erkannt werden. Status, Alarme und mögliche Verbindungsabbrüche werden ebenfalls im Rahmen der Kommunikations-Analyse erfasst.

Aus den Fehlern lernen

Ein Großteil der bei der Abnahme in Puebla gefundenen Fehler bezog sich auf die Anlagenkonfiguration oder die Installation der Anlagen und wurde offensichtlich bereits in der Engineering-Phase gemacht. Die häufigsten Fehler waren:

• unterschiedliche Firmware-Versionen,
• fehlerhafte IP-Konfiguration,
• Abweichungen der Gerätenamen gegenüber der Unternehmensspezifikation und
• Abweichungen der Sendezyklen oder unterschiedliche Sendezyklen bei gleichen Geräten.

Jürgen Jaskolla, Leiter Instandhaltung IT bei VW in Mexiko: „Das kritischste Projekt war der vollständige Umbau der Fahrwerkmontage. In nur vier Wochen wurde eine komplett neue Installation auf Basis von Profinet in den Fertigungsfluss integriert.“

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Diese Fehlerbilder weisen darauf hin, dass unterschiedliche Zulieferanten und Programmierer an der Konfiguration gearbeitet haben. Auch bei den verbauten Komponenten zeigten sich Unregelmäßigkeiten, zum Beispiel bei den aufgespielten Firmware-Versionen, die nicht immer dem letzten Stand entsprachen. Spätere Updates auf höhere Versionen werden in der Regel aufgrund eines zu hohen Fehlerpotenzials vermieden beziehungsweise sind nur schwer durchführbar.

Zusammenfassend lässt sich festhalten: Trotz des identifizierten Optimierungs- und Nachbesserungsbedarfs konnten die Produktionsanlagen in Puebla ohne Störungen betrieben werden. Profinet hat sich damit durch hohe Verfügbarkeit als robuste Lösung auch in komplexen Anlagen erwiesen. Das Resümee von Jürgen Jaskolla: „Die gesammelten Erfahrungen aus dem Projekt Jetta-Nachfolger wurden konsequent beim Beetle-Nachfolger umgesetzt und alle Beteiligten – Provider wie Volkswagen – haben dabei ihre Hausaufgaben gemacht.“ Ergebnis ist: Die Produktion in Puebla läuft und läuft und läuft … – getreu dem alten Slogan, der schon für den VW Käfer stand.

Autoren: Prof. Dr. Frithjof Klasen ist Leiter des Instituts für Automation & Industrial IT (AIT) der FH Köln, Campus Gummersbach.
Sabrina Hein ist Mitarbeiterin am AIT mit Schwerpunkt Profinet-Diagnose.

Das AIT

Das AIT (Institut für Automation & Industrial IT) ist ein von der PNO zertifiziertes Profinet Competence Center. Zu dessen Dienstleistungen gehören Trainings und Workshops, Integrationstests und Zertifizierungsprüfungen von Profinet-Geräten für Hersteller, Planungsunterstützung für Maschinen- und Anlagenbauer sowie Inbetriebnahme- und Abnahme-Unterstützung für Anlagenbetreiber. Die dabei gewonnenen Erfahrungen sind in die Entwicklung von Profinet-Diagnose-Tools wie den ProfinetAnalyzer eingeflossen. Anwender können damit die Konfiguration von Profinet-Teilnehmern auf Basis einer Netzwerk-Analyse schnell erfassen und Fehler in der Kommunikation und der Anlagenkonfiguration erkennen. Damit eignet sich das Tool besonders für die Inbetriebnahme und Abnahme.