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Integrierte Automatisierung für die werksweite Optimierung

Bild 1. Die Netzwerktechnologie Ethernet/IP begünstigt die Umsetzung eines fabrikweiten Konzepts zur Steuerung, Visualisierung und Entscheidungsunterstützung

Bild 2. Ethernet/IP verbindet Hochleistungsantriebe, E/A, intelligente Aktoren, Steuerungen und Visualisierungen

Bild 3. Leistungsfähige Tools ermöglichen den schnellen Aufbau komplexer Visualisierungen

Bild 4. Der Switch Stratix 8300 stellt VLAN und Subnet-Routing zur Verfügung

Wirtschaftliche Rahmenbedingungen, die Anforderungen der Märkte und Veränderungen im Konsumentenverhalten erfordern von den Entscheidern im Unternehmen immer wieder schnelle Reaktionen. Um fundierte Entscheidungen im Hinblick auf eine effiziente und nachhaltige werksweite Optimierung treffen zu können, ist es wichtig, dass die dafür nötigen Informationen auch entsprechend verfügbar sind. Der Schlüssel liegt im ungehinderten, durchgängigen Informationsfluss im gesamten Produktionsbetrieb.

Eine Automatisierungsplattform, wie die Integrated Architecture von Rockwell Automation, ermöglicht mit einem ungehinderten Informationsfluss die Optimierung von Produktionsabläufen und schafft die Grundlage für fundierte technische und betriebswirtschaftliche Entscheidungen. Die Plattform besteht aus skalierbaren, multidisziplinären Steuerungssystemen und aufeinander abgestimmten Produkten und Funktionen sowie einer minimierten Anzahl an Software-Tools zur Integration von Konfiguration, Anlauf, Diagnose und Visualisierung. Ein kontinuierlicher Ausbau im Hard- und Softwarebereich sichert die Zukunftsfähigkeit.

Ethernet/IP vereinfacht die Netzwerkarchitektur
Die Netzwerktechnologie Ethernet/IP begünstigt die Umsetzung eines fabrikweiten Konzepts zur Steuerung, Visualisierung und Entscheidungsunterstützung (Bild 1). Dazu gehört, dass der Hersteller diskrete und prozessorientierte Anwendungen sowie Sicherheits-, Achssteuerungs- und Antriebsanwendungen über ein und dasselbe Netzwerk steuern kann.
Ethernet/IP bringt den Fertigungs- und den kaufmännischen Bereich zusammen und erleichtert Unternehmensentscheidern den Zugriff auf Produktions- und Diagnosedaten. So können sie präzise und fundierte Entscheidungen treffen, gleichzeitig die internen Produktionsgüter und Ressourcen optimieren und müssen dafür lediglich ein einziges, standardisiertes Protokoll nutzen. Die ODVA hat die Ethernet/IP-Spezifikationen jüngst auf die CIP-Motion-Technologie (echtzeitfähiges Ethernet/IP) ausgedehnt. Das CIP-Motion-Profil basiert auf dem in IEEE 1588 definierten Precision Time Protocol PTP. Damit sind die Anwender in der Lage, durchgehend ein Standard-Ethernet-Netzwerk mit Standard-Ethernet-Komponenten zu betreiben.
Diese Technologie erfüllt die hohen Anforderungen hinsichtlich Geschwindigkeit, Zuverlässigkeit und Präzision, die Anwender insbesondere an Achssteuerungsanwendungen stellen.

Integrierte Achssteuerung
Das neue CIP-Motion-Profil kommt im Bereich der Antriebstechnik bereits zum Einsatz. Der Frequenzumrichter Powerflex 755 und der Servoantrieb Kinetix 6500 bieten eine integrierte Achssteuerung über Ethernet/IP. In Kombination mit dem Controllogix-PAC (Programmable Automation Controller) ermöglichen sie eine leistungsfähige, geregelte oder ungeregelte Antriebssteuerung via Ethernet/IP.
Hersteller und Anwender brauchen mit dieser Lösung kein spezielles Netzwerk für die Achssteuerung mehr. Stattdessen können sie Hochleistungsantriebe, E/A, intelligente Aktoren und beliebige andere Geräte mit Ethernet/IP-Schnittstelle an ein gemeinsames Netzwerk anschließen (Bild 2). Das vereinfacht das Maschinendesign, den Betrieb und die Wartung.
Da CIP-Motion auf dem IEEE 1588 Precision Time Protokoll beruht, lassen sich Änderungen oder Erweiterungen ohne Weiteres im Online-Betrieb durchführen, was über das Ansteuern nach dem Zeitschlitzmodell in einem festen Netzwerkzyklus nicht möglich ist. Trotzdem bleibt der Determinismus für die Anwendung erhalten. Auf diese Weise werden Zeiten für Inbetriebnahme und Wartung um ein weiteres Maß verkürzt.
2011 wird der Hersteller die Skalierbarkeit des Antriebsportfolios weiter erhöhen. Eine neue Serie von Servoantrieben wird die Compactlogix-Plattform durch integrierte Achssteuerungsfähigkeiten über Ethernet/IP aufwerten.

Visualisierungslösungen für komplexe Aufgaben
Die Visualisierungsprodukte des Anbieters stellen Anwendern eine einheitliche Umgebung für die Anzeige von Echtzeitinformationen zur Verfügung. Die Mensch-Maschine-Schnittstelle Panelview Plus 6 hält dafür RAM/Flash-Speicher von 64 MByte bis zu 512 MByte bereit. In Kombination mit einem größeren Speicher können auch komplexere Visualisierungsaufgaben durchgeführt werden. Für die schnelle Bearbeitung der gestellten Anforderungen sorgt ein 1-GHz-Prozessor. Zur Standardausstattung des Terminals gehört Windows CE 6.0. Der daraus resultierende Wegfall der Laufzeit-Speicherbeschränkung ermöglicht raschere Aktualisierungsraten und hält mehr Speicherplatz in den Geräten selbst frei.
Die zugehörige Entwicklungssoftware Factorytalk View ME 6.0 bietet außerdem Verbesserungen im Design, die dabei helfen, Entwicklungszeit einzusparen. Beispiele dafür sind Tag Browsing, Cloning und der Zugang zu einer mehrsprachigen Font-Bibliothek. Wie für viele andere Produkte stehen für Panelview Plus 6 Beispielgrafiken (Templates) und der zugehörige Code zur Integration in die Logix PAC zum Download für den Anwender bereit.
Um den Forderungen nach Daten „At your fingertips“ und nach Ferndiag¬nose gerecht zu werden, kann ein Panelview Plus als Server für die Software Factorytalk Viewpoint deklariert werden. Eine weitere Möglichkeit zur Ferndiagnose ist durch den Zugriff mittels eines Webbrowsers auf die Webseite des Panelview Plus gegeben.
Die Produkte schaffen eine konsistente Oberfläche für mehrere Hardware-Plattformen, darunter Panel-PC auf Basis von Microsoft Windows CE, XP und Vista und sind für die Bildschirmformate 7 Zoll, 10 Zoll, 12 Zoll und 15 Zoll verfügbar.

Software mit Fokus auf Echtzeitdaten
Auf der SPS/IPC/Drives 2010 wurden Updates zur Factorytalk View Machine Edition Software vorgestellt. Diese bietet auf Maschinenebene Redundanz für Alarme und Ereignisse, um Anwendungen hoch verfügbar zu machen und Anwendern direkteren Zugriff auf Echtzeitinformationen und gespeicherte Daten zu ermöglichen. Die direkte Referenzierung von bereits einmal erstellten Tags vermeidet nicht nur die Doppeleingabe sondern verringert auch den Aufwand bei einer Fehlerbeseitigung und verbessert somit die Maschinenverfügbarkeit.
Zu den weiteren Verbesserungen gehören Upgrades der Anwendungen Factorytalk Viewpoint und Historian. Factorytalk Viewpoint ermöglicht den Zugriff auf Echtzeit-Betriebsdaten aus der Fabrik via Web Browser. Als Web-HMI gibt die Software Anwendern an beliebigen Orten die Möglichkeit, auf Factorytalk View Displays und Dashboards zuzugreifen und damit Entscheidungen rascher zu treffen. Nach der Erstellung eines HMI-Projekts in der gewohnten Umgebung des Factorytalk View wird dieses vom Factorytalk Viewpoint Server, zum Beispiel einem Panelview Plus, für den mobilen Zugriff vorgehalten. Spezielle Entwicklungen für den externen Zugriff auf den aktuellen Stand der Produktion und deren Daten sind nicht erforderlich und sparen somit wertvolle Entwicklungszeit beim Projektaufbau und lassen schnelle Entscheidungen auf Echtzeit-Datenbasis zu (Bild 3).

Hochverfügbare Systeme einfacher realisiert
Die Integrated Architecture soll alle Anforderungen an die Hochverfügbarkeit erfüllen – und das möglichst einfach und kosteneffektiv. Diesem Ziel ordnen sich die aktuellen Erweiterungen unter: Bei den Prozessoren der Familie Allen-Bradley Controllogix L7 ist für Achssteueraufgaben beispielsweise die zweieinhalb- bis dreifache Steigerung der Abtastraten gegenüber den bisher eingesetzten Prozessoren erreichbar.
Aufgaben mit hoher Anforderung an Zykluszeiten oder großer Anzahl (bis zu 100) geregelter Servoantriebe können so mit geringerem Kostenaufwand durchgeführt werden und lassen sich unter Anwendung des CIP-Motion-Profils über ein Standard-Ethernet-Netzwerk lösen. Da lediglich ein einzelnes Netzwerk für Steuerung und Information mit Standardlösungen für Inbetriebnahme und Wartung integriert werden muss, trägt dies maßgeblich zur Kostenreduzierung bei Maschinenhersteller und Anwender bei.
Für redundant aufgebaute Steuerungssysteme ist es im Fehlerfall für den Übergang von einem Steuerungssystem auf das Partnersystem wichtig, dies kontinuierlich, ohne Unterbrechung durchführen zu können. Die Umschaltgeschwindigkeit, das Cross Loading, für Daten und Zustände ist dabei von entscheidender Bedeutung, um den Prozess kontinuierlich fortführen zu können und somit die Produktionsgüter, die bei einer Unterbrechung gegebenenfalls unbrauchbar würden zu erhalten und die Produktionsmittel zu schonen. Die Prozessoren aus der L7-CPU-Familie mit den ebenfalls redundant ausgeführten Ethernet/IP-Schnittstellenmodulen und Medien im Feldbereich auf Basis der Ethernet/IP-Device-Level-Ring-Topo¬logie geben hier einen optimalen Schutz.

Effektives Management von Echtzeit-Datentransfers
Vor Kurzem wurde ein industrieller Layer-3-Switch mit Technologie von Cisco Systems vorgestellt. Der Switch vom Typ Stratix 8300 erweitert die industrielle Switch-Familie mit VLAN und Subnet-Routing (Bild 4).
Ebenso wie der Managed Switch Stratix 8000 ist auch der Stratix 8300 mit dem Betriebssystem, den Merkmalen und der Benutzeroberfläche der Catalyst Switches von Cisco ausgestattet. Die Switches unterstützen Ingenieure und IT-Profis bei der sicheren, nahtlosen Integration von Ethernet-Applikationen. Dabei können sie die aus der IT-Welt gewohnten Programmierwerkzeuge und Software-Tools verwenden.
Automatisierungsentwickler und Instandhalter finden ihre Informationen auf den Webseiten der jeweiligen Geräte. Hier durchgeführte Einstellungen und situationsbezogene Informationen ermöglichen eine schnelle Inbetriebnahme und Wartung, zumal wenn das gesamte Steuerungsnetzwerk der Ethernet-Standard-Technologie entspricht.

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Autor: Peter Pesch ist als Commercial Engineer Integrated Architecture für die Rockwell Automation GmbH in Haan-Gruiten tätig.