E-T-A
Einfach kommunizieren
Je nach Umgebungsbedingungen oder Kundenvorliebe müssen in der Maschinen- und Prozessindustrie Automatisierungssysteme verschiedener Anbieter verwendet werden – eine Herausforderung! Was bedeutet das im Bereich der 24-V(DC)-Stromverteilung?
Die ersten Schritte im Bereich der Anlagenautomatisierung mit verbindungsprogrammierten Steuerungen (VPS) und ihrem Aufbau mit festverdrahteter Logik – unter anderem durch elektro-mechanische Schütze – führten erstmals zu einer Beschleunigung der Prozesse. Allerdings war die Fehlersuche sehr komplex und benötigte einiges an Erfahrungswerten. Die Ablösung durch SPSen war ein weiterer großer Meilenstein. Durch die Möglichkeit der digitalen Programmierung ließ sich die Logik je nach Anlagenstatus und Prozessschritt steuern. Seit damals hat sich die Technik rasant entwickelt – unter anderem hat die Firma Siemens von ihren Steuerungen Simatic S3, S5 und S7 nun die neueste TIA-Generation auf dem Markt etabliert.
Mit den SPS-Generationen veränderten sich auch Anwendung und Programmierung – von der Simatic S5-Umgebung mit blauem Hintergrund über das Simatic S7-Tool mit mehr Übersichtlichkeit und erweiterten Programmiermöglichkeiten bis zum aktuellen Schritt hin zum TIA-Portal, mit dem sich sowohl die Programmierumgebung als auch der Zugriff auf die Datenstrukturen änderte. Diese Datenstrukturen ließen sich fortan über den optimierten Zugriff durch rein symbolische Namen statt durch absolute Adressen verwenden, was die nachträgliche logische Ergänzung der Datenbausteine erleichtert. Doch auch andere Punkte wurden seit der ersten Veröffentlichung der TIA-Generation angepasst und ergänzt.
Digitalisierte Produktion
‚ControlPlex CPC20‘ ermöglicht die intelligente Stromverteilung und maximiert die Anlagenverfügbarkeit durch umfangreiche Diagnosefunktionen.
© E-T-AFrüher waren Rückmeldekontakte in der Automatisierungstechnik relativ wenig verbreitet; sie dienten vor allem einem sicheren und reibungslosen Ablauf der Anlage. In der Folge ging es vor allem um die Visualisierung von Fehlerzuständen, die dem Instandhaltungspersonal auf Monitoren angezeigt wurden. Dieser stetige Fortschritt macht sich für die Anlagenbetreiber durch gesteigerte Verfügbarkeit bemerkbar, sowohl durch einen transparenteren Ablauf als auch eine schnellere Fehlersuche. Dadurch rückten die Vorteile von Signalisierung und Visualisierung weiter in den Fokus und waren Auslöser für den digitalen Wandel der Produktion.
Begriffe wie Digital Factory, Industrie 4.0 oder Internet of Things sind aus aktuellen Automatisierungs-Projekten nicht mehr wegzudenken. Dabei setzten sich viele Firmen das Ziel, die optimale Qualität mit einer stabilen Ausbringungsmenge der gefertigten Produkte zu kombinieren, und dafür galt es, in allen Prozessen die Transparenz zu erhöhen. Die zusätzliche Anbindung von Prozess- und Messwertdaten – ‚Machine Sensing‘ – an übergeordnete ERP- oder MES-Systeme oder direkt in die Cloud ermöglicht heute weitergehende Datenanalysen und bietet eine konkrete Entscheidungsgrundlage für Predictive Maintenance. Ein wichtiger Bestandteil ist dabei die Einbindung der 24-V(DC)-Steuerspannung in der gesamten Prozesskette. Themen wie das Energiemanagement oder die Zustandsüberwachung von Maschinen und Anlagen sind unter anderem hier angesiedelt.
In dieses Themenspektrum fallen die ‚ControlPlex‘-Systeme von E-T-A mit intelligentem Überstromschutz inklusive Stromverteilung. Die beiden Buscontroller der Systeme sammeln Daten der elektronischen Sicherungsautomaten wie zum Beispiel Lastströme und Statusinformationen aus der Feldebenen und stellen sie übergeordneten Ebenen zur Verfügung. So lässt sich einerseits die Hauptfunktion einer elektronischen Sicherung nutzen – das schnelle und sichere Abschalten im Fehlerfall –, andererseits steigern die Mess- und Statusinformationen die Transparenz.
Steigenden Einarbeitungskosten entgegenwirken
Das Monitoring per Software unterstützt das Personal vor Ort. Durch zusätzliche Informationen zur Anlage lassen sich Betriebszustände gezielt analysieren und Fehler schnell abstellen.
© E-T-ADie verschiedenen kommunikativen Geräte diverser Hersteller erfordern in der Regel eine zeitintensive Einarbeitung – für das Verständnis der Systemarchitektur sowie die effiziente Integration in die Feldebene ebenso wie in übergeordnete Systeme. Dies führt oft dazu, dass Investitionen in digitale und transparente Produkte wegen eines vermeintlich zu hohen Aufwandes eher zögerlich angegangen werden.
Um die Einarbeitungskosten möglichst gering zu halten, bieten die beiden ‚ControlPlex‘-Systeme ‚CPC12‘ und ‚CPC20‘ die Möglichkeit einer ‚Schreibtisch-Inbetriebnahme‘ ohne SPS und Programmierung: Eine zusätzliche RJ45-Buchse ermöglicht die visuelle Darstellung der Messdaten und Parameter über eine Standard IP-Adresse des integrierten Webservers. Zusätzlich ist eine ‚On/ Off/ Reset‘-Ansteuerung der einzelnen Kanäle möglich. So lassen sich Vortests und Prototypen innerhalb kürzester Zeit realisieren. Die standardmäßig vorhandene Rest-API-Schnittstelle im JSON-Format am gleichen Port ermöglicht die weitere Implementierung in ein ERP-System, ein MES oder eine Cloud-Lösung, was die Gewinnung von Maschinen- und Produktionskennzahlen fördert.
Die Feldbus-Anbindung
Im Maschinenbau steht eine flexible Anpassung im Vordergrund, wobei die Engineering-Kosten eine große Rolle spielen. Ergo müssen auch die im Schaltschrank eingesetzten Geräte die flexible Anpassung unterstützen, insbesondere im Hinblick auf einen möglichen Wechsel zu einem anderen Steuerungshersteller und einem anderem Kommunikationsprotokoll. Ein solcher Wechsel lässt sich leichter realisieren, wenn die eingesetzten Geräte bei gleichem Formfaktor unterschiedliche Feldbusschnittstellen unterstützen. Die ‚ControlPlex‘-Systeme beispielsweise unterstützen Feldbusschnittstellen wie Profinet, Ethernet/IP, Ethercat und Modbus TCP/IP. Daraus ergibt sich eine vereinfachte Integration in die Automatisierung der Anlagen.
Die genannten Buscontroller bilden mit ihren verschiedenen Feldbusschnittstellen das Herzstück der 24-V(DC)-Stromverteilung. Um die Einarbeitungszeit in die Systeme zu verringern, kann der Anwender neben der Webserver-Ansicht auch auf bereits implementierte Software- und Bildbausteine für die verschiedenen Automatisierungsportale zurückgreifen – unter anderem zum Beispiel für die Profinet-Implementierung im TIA-Portal. Dieser Bibliotheksbaustein mit dem dazugehörigen Datenbaustein hilft nach der Anbindung einzelner Variablen und Systemkonstanten bei der Interpretation der fertig aufbereiteten Daten und beim Zugriff darauf. Weitere Funktionsbausteine und Funktionen werden automatisch in das Projekt geladen, um die benötigten Funktionen im Hintergrund auszuführen und zu steuern. Dabei sind sie in möglichst kleine und überschaubare Module unterteilt.
Der Autor: Stefan Gleinig ist Applikationsentwickler Automatisierungstechnik in der Sparte Automation & Process Control bei E-T-A Elektrotechnische Apparate in Altdorf bei Nürnberg.
© E-T-AVon Stückzahl 1 bis zur Serienfertigung einer Produktionsanlage profitieren sowohl Software-Entwickler als auch Anwender und Instandhalter vom identischen Aufbau der Anlagenvisualisierung sowie des Webservers. Der in die Bibliothek integrierte Bildbaustein schafft dazu die Grundlage. Über eine einzige Datenschnittstelle am Bildbaustein werden Parameter und Anzeigen automatisch zugeordnet und ermöglichen einen benutzerfreundlichen Informationsfluss. Für weitergehende Analysen lässt sich ein integriertes Histogramm anbinden. So kann innerhalb weniger Schritte die Strom- und Spannungsverläufe aufgetretener Überlast- und Kurzschlussevents ausgewertet werden. Die Sekunden vor und während eines erkannten Events werden aufgezeichnet und analysiert. Das Monitoring-Tool erlaubt dem Personal vor Ort damit einen tieferen Einblick in die Situation in der Anlage und ermöglicht eine schnellere Fehlerbehebung.
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