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Verbrauchs- und Kostentransparenz

Bild 1. Die Kleinsteuerungen sind mit genügend Rechenleistung für die Binär- und Wortverarbeitung sowie für komplexere Automatisierungsaufgaben ausgestattet

Bild 2. Die Erstellung der Web-Seiten erfolgt mit dem Software-Tool Web Visit

Bild 3. Die Kleinsteuerungen können ohne Umwege in SQL-Datenbanken schreiben und auch Parameter aus ihnen lesen

Bild 4. Für die Anbindung von SQL-Datenbanken steht in PC Worx eine Funktionsbibliothek zur Verfügung

Im Maschinen- und Anlagenbau bieten dezentrale Automatisierungslösungen mit performanten Kleinsteuerungen in der Planungs- und Erstellungsphase Vorteile gegenüber zentralen Konzepten. So können einzelne Maschinenteile und mechatronische Einheiten geplant, gebaut und als getestete Funktionseinheiten verwendet werden. Die Entwicklung der dafür notwendigen Automatisierungsprogramme ist nicht nur überschaubar und damit weniger fehleranfällig, sondern aufgrund der geringeren Komplexität auch in einem kürzeren Zeitraum realisierbar.

Die Inbetriebnahme von dezentralen Automatisierungslösungen mit leistungsfähigen Kleinsteuerungen reduziert sich auf die Integration der getesteten Module in eine Gesamtanlage. Der Engineering-Prozess lässt sich strukturiert durchführen. Muss die Steuerung oder die mechatronische Einheit im Wartungs- oder Servicefall getauscht werden, ist der Einbau der neuen Komponente einfach möglich. Vor diesem Hintergrund stellt Phoenix Contact mit der 100er Steuerungsklasse ein Portfolio an leistungsfähigen Kleinsteuerungen zur Verfügung.
Die ILC 1xx sind mit einem Nios-II-Chipsatz von Altera ausgestattet, der mit dem Echtzeit-Betriebssystem „EmbOS“ arbeitet. Auf diese Weise ist genügend Rechenleistung in der Binär- und Wort-Verarbeitung sowie für komplexere Automatisierungsaufgaben vorhanden (Bild 1).
Die Kleinsteuerung beinhaltet acht Ein- und vier Ausgänge, die durch das Anreihen weiterer Klemmen aus dem Inline-Automatisierungsbaukasten flexibel gemäß der jeweiligen Applikationsanforderung erweitert werden können. So erlauben RS-232- und RS-485-Kommunikationsklemmen sowie analoge Schnittstellen den Anschluss von Messgeräten. Wie alle Steuerungen des Herstellers werden die ILC mit der auf der IEC 61131-3 basierten Engineering-Software PC Worx programmiert. Die kostenfrei für die 100er-Leistungsklasse erhältliche Einsteiger-Software PC Worx Express trägt zur weiteren Reduzierung der Komplexität bei.
Sämtliche ILC 1xx umfassen eine Ethernet-Schnittstelle, sodass Bediengeräte und weitere Steuerungen in das Ethernet-Netzwerk eingebunden werden können. Das ermöglicht den vertikalen Zugriff von der ERP- (Enterprise Resource Planning) oder MES-Ebene (Manufacturing Execution Systems) bis in die Feldgeräte.

IT-Standards konsequent in der Industrieautomatisierung nutzen
Durch die Integration gängiger Automatisierungsprotokolle und internationaler IT-Standards unterstützen die Kleinsteuerungen das Konzept der IT-powered Automation. Die kompakten SPS haben bereits standardmäßig einen Web- und einen FTP-Server on board, um IT-Protokolle, wie FTP (File Transfer Protocol) oder HTTP (Hypertext Transfer Protocol), sinnvoll in der Automatisierungstechnik zu nutzen. Über Anwenderbausteine lässt sich die Steuerung auch als FTP-Client einsetzen. Daten können mittels FTP-Zugriff über standardisierte Windows-Mechanismen auf der SPS gespeichert oder hochgeladen werden.
Der Webserver, der die Verwendung eines Standard-Webbrowsers gestattet, erweist sich als kostengünstige Lösung für die Maschinenbedienung und -visualisierung, die nicht nur lokal auf die Anlage beschränkt sein muss. Vielmehr kann der Anwender auch via Intranet oder Internet aus der Ferne auf die Applikation zugreifen. Über das World Wide Web ist somit eine durchgängige vertikale Kommunikation von der Leit- bis in die Feldebene und umgekehrt umsetzbar.
Zur Anzeige der Visualisierungsseiten wird lediglich ein Standard-Browser mit Java-Unterstützung benötigt. Die Erstellung der Web-Seiten erfolgt mit dem Software-Tool Web Visit, wobei sich die Daten direkt mit der Steuerungs-Software PC Worx koppeln lassen. Das verhindert Fehleingaben, senkt die Entwicklungszeit und erhöht den Bedienkomfort (Bild 2).

Energiedaten einfach mit Kleinsteuerungen erfassen
Das Ziel jeder Datenerfassung – und hier insbesondere der Energiedatenerfassung – ist es, die Produktivität der Maschine oder Anlage durch die Analyse der dargestellten Werte zu beurteilen und auf dieser Grundlage eine Optimierung vorzunehmen. Die Integration verschiedener IT-Standards und die Nutzung von Funktionsbausteinen für PC Worx ermöglichen nun eine direkte SQL-basierte Datenbank-Ankopplung, ohne dass auf eine zusätzliche aufwendige und teure Zwischenschicht (Middleware) zurückgegriffen werden muss. Die Kleinsteuerungen können also ohne Umwege in SQL-Datenbanken schreiben und auch Parameter aus ihnen lesen (Bild 3).
Die Messwerte der angeschlossenen Sensoren und Messgeräte werden von den Steuerungen eingelesen und weiterverarbeitet. Über Funktionsbausteine unterstützt die Automatisierungs-Software die direkte Kommunikation mit dem Datenbank-Management-System (DBMS), zum Beispiel dem Microsoft SQL-Server oder dem „MySQL“-Server. Die modular konzipierten Bausteine erlauben das Absetzen der SQL-Kommandos Insert, Update und Select an das Datenbank-Management-System. Alle Kleinsteuerungen schreiben und lesen während des laufenden Betriebs Daten in die Tabellen einer oder mehrerer Datenbanken. Aufgrund der direkten Übertragung via TCP/IP sind keine zusätzlichen Treiber notwendig. Die Steuerungen werden im User-Management des Datenbank-Management-Systems verwaltet.
Mit SQL lassen sich Datenstrukturen definieren, Datensätze einfügen, bearbeiten und löschen sowie Daten in relationalen Datenbanken lesen. Die Abfragesprache wird von fast allen gängigen Datenbanken unterstützt. Dank der einfachen Syntax von SQL können relationale algebraische Operationen problemlos durchgeführt werden. Der in die Steuerungen eingebaute SNTP-Client generiert einen Zeitstempel, der jedem Mess- oder Zählwert eindeutig zugeordnet und gemeinsam mit ihm im Datenbank-Management-System abgelegt wird.

Fazit
Die performanten Steuerungen der 100er-Leistungsklasse ermöglichen eine Skalierung der Automatisierungsaufgaben. Auf Basis des Konzepts der IT-powered Automation stellen sie dem Anwender selbst im unteren Leistungssegment bewährte IT-Technologien sowie durchgängige Kommunikationskonzepte zur Verfügung. Als Bestandteil einer innovativen Lösung zur kontinuierlichen Erfassung von Maschinendaten werden die Möglichkeiten der bereits installierten Automatisierungsgeräte genutzt, um Daten aufzunehmen. Dabei lassen sich Maschinenzustände ebenso ermitteln wie der Energiebezug.
Auf der Grundlage der archivierten Messdaten können Zeitreihenanalysen gefahren werden, die schleichende Veränderungen aufzeigen, sodass die Einleitung von Maßnahmen zur Optimierung möglich ist. Für die Kleinsteuerungen liegt in PC Worx eine IEC 61131-3-konforme Baustein-Bibliothek für die Kommunikation mit dem Datenbank-Management-System vor (Bild 4). Die Messdaten lassen sich für eine kontinuierliche Verbrauchsanalyse verwenden. Der Betreiber der Maschine oder Anlage erlangt somit Verbrauchs- und Kostentransparenz.

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Autor: Dipl.-Ing. Frank Knafla ist als Master Specialist Energy Efficiency für die Phoenix Contact Electronics GmbH in Bad Pyrmont tätig.

Autor: Dipl.-Ing. Holger Meyer ist Produktmanager Steuerungstechnik bei der Phoenix Contact Electronics GmbH in Bad Pyrmont.