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01 Das Automatisierungssystem PSS 4000 besteht aus Hardware- und Software- Komponenten sowie dem Echtzeit-Ethernet „SafetyNET p“ und entsprechenden Netzwerkkomponenten

Programm-Editoren verschmelzen Automatisierung und Sicherheit

02 Über einheitliche Editoren für automatisierungs- wie auch sicherheitstechnische Aufgabenstellungen bekommt der Anwender die Freiheit, die Konfigurierung mit Funktionsbausteinen oder Programmierung mit Quellcode in DIN-EN-61131-3-konformen Editoren zu kombinieren

03 Mit einem grafischen Programm-Editor lassen sich Programmstrukturen aus vordefinierten Softwarebausteinen per Drag-and-drop zusammenstellen

Insbesondere bei großen, verteilten Automatisierungsprojekten geht der Trend dahin, alle Funktionen in einer gemeinsamen Steuerungsarchitektur zu verbinden. Im Hinblick auf das Thema Sicherheit war ein Verschmelzen von Automatisierung und Sicherheit bislang nicht möglich. Entwickler mussten zwischen einfachen Funktionsbausteinen für Sicherheit und mächtigen Programm-Editoren für die SPS wechseln. Mit den PAS-Editoren im Automatisierungssystem PSS 4000 (Bild 1) lassen sich jetzt sicherheitsgerichtete Programme, Programme für Automatisierungsaufgaben oder auch eine Kombination aus beidem erstellen.

Gängige Anwender-Tools für Sicherheitssteuerungen bieten vordefinierte und bereits zertifizierte Funktionsblöcke an, welche flexibel parametriert und verschaltet werden können. Für die Programmierung von Sicherheitsapplikationen stehen heute die Sicherheitsfunktionen in sogenannten zertifizierten Anwendungsbausteinen bereit. Akkreditierte Stellen, wie BG oder TÜV, haben diese vorab sicherheitstechnisch geprüft. Mithilfe sicherer Anwendungsbausteine und Logikverknüpfung der Bausteine untereinander erstellt der Maschinenoder Anlagenbauer die geforderte sicherheitsgerichtete Applikation, die er früher umständlich und zeitaufwendig über die Verdrahtung von Schützen und Schaltgeräte realisiert hätte. Grafische Linien am Bildschirm zwischen den vorgefertigten Anwendungsbausteinen ersetzen Kontakte und Drähte. Die Erstellung eines elektrischen Schaltplans mit der Abbildung der Logikfunktionalitäten entfällt. Um sicherzustellen, dass Programme übersichtlich und verständlich bleiben, hat man bei den meisten Systemen den Befehlssatz und die Anzahl der verfügbaren Editoren begrenzt. Eine anspruchsvolle Programmierung, wie man sie aus der Maschinensteuerung kennt, ist in der Regel so nicht möglich.

Steigende Anforderungen an die Sicherheit
Sicherheitsfunktionen werden jedoch zunehmend umfassender und erfordern auch für Sicherheitssteuerungen mehr Gestaltungsmöglichkeiten in der Programmierung. Komplexe Sicherheitsfunktionen benötigen mächtige und zugleich effiziente Programmiersprachen, wie etwa die standardisierten SPS-Programmiersprachen nach DIN EN 61131-3.? Diese bieten dann zwar den notwendigen Befehlsumfang, aber um Softwareteile sicher erstellen und testen zu können, müssten die Anwender nach dem anspruchsvollen, wissenschaftlichen Niveau der DIN EN 61508 (VDE 0803) entwickeln. Daher sind bei der Programmierung von Applikationssoftware Automatisierung und Sicherheit bislang weitgehend getrennte Welten geblieben. Für die Sicherheit von Applikationssoftware (SRASW – sicherheitsrelevante Applikationssoftware) gelten im Maschinen- und Anlagenbau die Anwendernormen DIN EN 62061 (VDE 0113-50) sowie die DIN EN ISO 13849-1. Beide unterscheiden zwischen FVL (Full Variability Language) und LVL (Limited Variability Languages). Sprachen, die als FVL klassifiziert sind, bieten alle Möglichkeiten der Programmierung. Aufgrund ihres großen Funktions- und Befehlsumfangs zählen „Anweisungsliste“ und „Strukturierter Text“ neben Hochsprachen wie C beziehungsweise C++ üblicherweise zu dieser Kategorie. Demgegenüber haben LVL einen eingeschränkten Sprachumfang und eine übersichtliche Ausdrucksweise. Diese Sprachen beschränken sich meist auf die Möglichkeit, vordefinierte Bibliotheksfunktionen zu parametrieren und zu kombinieren, um die Sicherheitsanforderungen im Programm umzusetzen. In diesem Zusammenhang wird oft „Kontaktplan“ und „Funktionsbaustein- Sprache“ genannt. Um das freie Konfigurieren von Funktionsbausteinen mit der Programmierung in DIN-EN- 61131-3-konformen Editoren zu kombinieren, besteht die Herausforderung darin, eine bislang als FVL-klassifizierte Programmiersprache in eine LVL zu überführen.

Verschmelzung von Automatisierung und Sicherheit
Die Verschmelzung von Automatisierung und Sicherheit steht im Mittelpunkt des Automatisierungssystem PSS 4000 von Pilz. Damit lassen sich komplette Automatisierungslösungen umsetzen, die für den Anwender einfach zu handhaben sind. Eine wichtige Rolle spielt dabei die Softwareplattform PAS 4000. Dort stehen verschiedene Editoren und Bausteine bereit, die sowohl für automatisierungs- also auch sicherheitstechnische Aufgabenstellungen verwendbar sind. In PAS 4000 sind die Werkzeuge für Projektierung, Programmierung, Inbetriebnahme und Betrieb eng aufeinander abgestimmt. Der Programmierer bzw. Anwender erhält die Freiheit, zwischen der Konfiguration mit Funktionsbausteinen oder Programmierung mit Quellcode in DIN-EN-61131-3-konformen Editoren zu kombinieren (Bild 2). Dem Anwender steht in PAS 4000 zum einen der einfache, bausteinorientierte Programm-Editor PAS Multi zur Verfügung. Für PAS Multi muss keine eigene Programmiersprache beherrscht werden – alleine schon die Anordnung und logische Verschaltung der Bausteine lässt sehr leicht eine Übersicht über die funktionalen Zusammenhänge gewinnen (Bild 3). Zum anderen stellt PAS 4000 auch bereits etablierte Editoren für die Programmierung bereit. Dazu zählen neben den Editoren der SPS-Programmierung (nach DIN EN 61131-3?) für Anweisungsliste (PAS IL) und Strukturierter Text (PAS STL) jetzt neu auch der Editor für Ladder Diagram (Kontaktplan, PAS LD).

Die Einstufung als LVL für alle PAS-Editoren bzw. Programmiersprachen durch den TÜV Süd ermöglicht es Anwendern nicht nur automatisierungs-, sondern auch sicherheitstechnische Aufgabenstellungen ohne Funktionseinschränkungen zu lösen. Maschinenbauer können also mit ihrem gewohnten Entwicklungsprozess auch sicherheitsgerichtete Applikationsprogramme erstellen. So lassen sich sicherheitsgerichtete Programme, Programme für Automatisierungsaufgaben oder auch eine Kombination aus beidem erstellen. In PAS 4000 steht für die einzelnen Editoren eine umfangreiche Bibliothek an bereits zertifizierten Softwarebausteinen zur Verfügung, beispielsweise zur Positionserfassung oder für allgemeine Funktionen, wie Not-Halt, die der Anwender um selbst erstellte Softwarebausteine ergänzen kann.

Frei kombinierbar
Der Editor PAS LD ist im Automatisierungssystem von Pilz frei kombinierbar mit den weiteren SPS-Programmiersprachen nach DIN EN 61131-3.? Die identische Programmierumgebung des grafischen Programm-Editors und der Editoren nach DIN EN 61131-3? erlauben eine einfache Handhabung. So können etwa Softwarebausteine, die durch den Anwender in PAS LD individuell nicht-sichere und sichere Funktionen geschrieben werden, ohne Weiteres auf PAS Multi übertragen werden. Es lassen sich so komplexe Projekte mit Softwareteilen aus verschiedenen Editoren übersichtlich strukturieren. Dabei können die Applikationen auf dieselbe Datenbasis zugreifen, was eine zentrale Sicht auf ein verteiltes System ermöglicht. Das Verschmelzen von Sicherheit und Automatisierung trägt so dazu bei, die Programmierung zu vereinfachen und den Aufwand für das Engineering zu senken. (mh)

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Autor:
Marcel Wöhner ist als Bereichsleiter Produktmanagement, Operating and Monitoring Systems, Software Tools, für die Pilz GmbH & Co. KG in Ostfildern tätig. m.woehner@pilz.de