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EF 2016

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Einkaufsführer Produktionsautomatisierung - Fachzeitschrift für Industrielle Automation, Mess-, Steuer- und Regeltechnik

Messen/Steuern/Regeln Am

Messen/Steuern/Regeln Am Anfang steht die Funktion Mechatronischer Ansatz für die Automatisierung Autor: Arndt Christ, Leiter Customer Support, Pilz GmbH & Co. KG Smart Factory, Industrie 4.0, sich selbst steuernde Produktion – Im Maschinen- und Anlagenbau wird derzeit weit in die Zukunft geschaut. Innovationsgeschwindigkeit und verkürzte Entwicklungszeiten spielen im globalen Wettbewerb eine immer größere Rolle. Um Engineering-Prozesse zu vereinfachen sowie die Wiederverwendbarkeit der einzelnen Einheiten zu steigern, legen Konstrukteure ihr Augenmerk auf einen modularen Aufbau der Maschine und damit auf einen mechatronischen Ansatz. Der mechatronische Ansatz stellt einen Erfolgsfaktor für Unternehmen bei der Entwicklung neuer Maschinen und Anlagen dar. Der Begriff „mechatronisch“ spiegelt das Zusammenwirken der Domänen „Mechanik“ und „Elektronik“ wieder. Ein System nach mechatronischem Ansatz besteht im Grunde aus Modulen. Hierbei hat jedes Modul Sensoren, Aktoren, eine Informationsverarbeitung und ein mechanisches (hydraulisch und/oder pneumatisches) Grundsystem. Mit Blick auf die Herausforderungen wird mittelund langfristig nur ein konsequentes interdisziplinäres „in Modulen denken“ zum Erfolg führen. Eine zentrale Rolle spielen die Steuerungssysteme, die diesen Ansatz mit unterstützen müssen. Hier haben heutige Systeme ihre Grenzen. Einerseits können zwar Softwaremodule erstellt werden, doch wenn diese durch mächtige, zentrale Steuerungssysteme ausgeführt werden sollen, wird die Inbetriebnahme einzelner Module komplex. Andererseits können lokale Steuerungen für die Automatisierung der Module eingesetzt werden, was dann einen erhöhten Aufwand bei der Erstellung der Kommunikation untereinander bedeutet. So sollte sich also Anzahl und Anordnung der Steuerungseinheiten idealerweise am mechatronischen Gesamtaufbau der Maschine orientieren. Diese Punkte müssen herkömmlicherweise vor der Konstruktion geklärt werden, damit sie nicht einen erheblichen Aufwand in Bezug auf nachträgliche Änderungen nach sich ziehen. Dezentrale Ausrichtung Das Automatisierungssystem PSS 4000 von Pilz eröffnet hier neue Möglichkeiten. Dank seiner dezentralen Ausrichtung lassen sich Entscheidungen, wie etwa die Auswahl der für die Konstruktion notwendigen SPS und Steuerungsarchitektur, auf einen sehr späten Zeitpunkt während der Konstruktionsphase verschieben. Konstrukteure können sich so auf die Planung der für den Prozess notwendigen Komponenten konzentrieren, Performance- und Strukturthemen treten in den Hintergrund. Während bei der klassischen Automatisierung eine einzelne, zentrale Steuerung die Maschine oder Anlage überwacht und alle Signale verarbeitet, erlaubt PSS 4000 eine konsequente Verteilung von Steuerungsfunktionen. Im Detail besteht das Automatisierungssystem PSS 4000 aus Hardware- und Software-Komponenten sowie dem Echtzeit- Ethernet SafetyNET p und verschiedenen, für unterschiedliche Bereiche einsetzbare Programmiereditoren Das Automatisierungssystem PSS 4000 ermöglicht es, die Vorteile einer dezentralen Steuerungsstruktur zu nutzen, ohne dass die Handhabung komplexer wird. mit ihren applikationsorientierten Funktionsbausteinen. Zur Hardware gehören Steuerungen verschiedener Leistungsklassen. Prozess- oder Steuerungsdaten, Fail-safe-Daten und Diagnoseinformationen werden über Ethernet ausgetauscht und synchronisiert. Diese konsequente Verschmelzung von Sicherheits- und Automatisierungsfunktionen reduziert die Komplexität im Bereich der Kommunikation und führt zusätzlich noch zu einer Optimierung der Kosten. Weiterhin spielt es für die Steuerungsfunktionen keine Rolle, wo der zugehörige Programmteil abgearbeitet wird. Statt einer zentralen Steuerung arbeiten Anwender mit einem zur Laufzeit verteilten Anwenderprogramm in einem zentralen Projekt. Modularität ist Basis für mechatronisches Arbeiten Im Automatisierungssystem PSS 4000 stehen für die Software-Editoren die Pilz Automation Suite PAS4000 zur Verfügung. Bei diesem Werkzeug ist Modularisierung ein zentraler Aspekt: Aus Basisfunktionen entstehen Elemente, aus Elementen entstehen Module und aus Modulen entstehen Maschinen und Anlagen – ganz einfach durch hierarchische Schachtelung der Bausteine. Basisfunktionen, Elemente und Module bilden das Rückgrat der Softwareerstellung und lassen sich als sogenannte Softwarekomponen- Der mechatronische Ansatz erfordert es, ein Bauteil von drei Seiten zu betrachten: von der Mechanik-, der Elektronik- und der Softwareseite. 36 Einkaufsführer Produktionsautomatisierung 2016

Messen/Steuern/Regeln ten dank von Kapselung und Objektorientierung optimal wieder verwenden. Pilz unterstützt diese Vorgehensweise zusätzlich durch die Bereitstellung von Softwarebibliotheken, die die gängigsten Basisfunktionen, Elemente und Module enthalten. Die Auswahl fertiger Komponenten aus Bibliotheken ist an sich nichts Neues. Das Besondere bei PAS4000 ist, dass diese Komponenten mit Eigenschaften – den sogenannten „Properties“ – versehen worden sind. Mit diesen lassen sich auf einfache Weise die gewünschten Funktionen parametrieren. Das bringt insbesondere Vorteile für eine Standardisierung von Funktionen mit sich: Bisher stand der Anwender vor der Frage, wie viele Funktionen er in einen Baustein packen kann, ohne die Übersichtlichkeit zu gefährden. In der Praxis führte dies entweder zu einer Unmenge an Bausteinen oder zu wenigen Bausteinen mit einer Vielzahl an Parametern. Anders bei PAS4000: hier erstellt der Anwender seine bevorzugte Komponente und schafft für deren Anwendung eine Benutzerebene, über die er die verschiedenen Funktionen auswählt. Dabei wird dann nur die Funktion als Parameter sichtbar, die Komponente selbst verbirgt jegliche Komplexität und bleibt für den Anwender einfach in der Handhabung. Paralleles Engineering Die Verwendung von Komponenten hat noch einen weiteren Vorteil: Programmierung und Hardware-Konstruktion lassen sich entkoppeln und können parallel, und nicht wie bisher sequentiell, ablaufen. Gängige Praxis ist, dass mit der Software-Entwicklung erst begonnen wird, wenn feststeht, wie eine Maschine aussehen soll und erste elektrische Schaltpläne vorhanden sind. Wird mechatronisch gedacht und konzipiert, lassen sich die Prozesse entkoppeln und parallelisieren. Denn sobald die Funktionen einer Maschine durch die Bildung von Komponenten in Bibliotheken standardisiert sind, genügen erste Informationen über die zu erstellende Maschine, um letztlich die Gesamtstruktur aufbauen zu können. Die detaillierte Funktion einer Komponente kann später über die individuellen Eigenschaften – die Properties – festgelegt werden. Auf Basis der initialen Projektabstimmung aller Fakultäten lassen sich die notwendigen Komponenten für die Maschine bereits grob ableiten. Detaillierte Funktionen können im Nachhinein über die Properties festgelegt werden. Module kommunizieren Die Kommunikation zwischen Teilnehmer am Netzwerk einer modernen Maschine zu erstellen und aufrecht zu erhalten, bedeutet erheblichen Aufwand. Wenn man dann noch in Betracht zieht, dass mechatronische Module auch Hardware- Module bedeuten und somit Steuerungsintelligenz pro Modul beinhalten, dann wird die Kommunikation zwischen Modulen, besser gesagt zwischen den Modul- Steuerungen, zu einem zentralen Thema. Mit PSS 4000 wird Kommunikation nicht mehr explizit, sondern implizit eingerichtet. Erstens sind alle Informationen allen Teilnehmern im Netzwerk gleichermaßen bekannt und zugänglich. Zweitens sind die Kommunikationswege der Steuerungsmodule z. B. einzelner Module untereinander dem Gesamtprojekt bekannt und werden dann vom Tool entsprechend der Zuordnung, der so genannten Programmverteilung eigenständig angelegt. Zusammenfassung Der mechatronische Ansatz stellt an die Steuerungslösung erhöhte Anforderungen. Denn: Änderungen in einzelnen Anlagenteilen verursachen einen hohen Aufwand auf Steuerungsebene, da Programmstrukturen an zentralen Stellen der Steuerung verändert werden müssen. Für die Automatisierung der Zukunft sind daher Lösungen gefragt, die zum einen in der Lage sind, Steuerungsintelligenz zu verteilen und zum anderen gewährleisten, dass die notwendige Vernetzung mehrerer Steuerungen für den Anwender einfach zu handhaben bleibt. Betrachtet man den Lebenszyklus einer Maschine, so werden die Vorteile eines mechatronischen Ansatzes vor allem in den Phasen Konstruktion und Inbetriebsetzung deutlich. SPS IPC Drives, Halle 9, Stand 370 • Pilz GmbH & Co. KG www.pilz.de Näherungssensoren mit weitem Temperaturbereich und hohem Schaltabstand in IP68 Die Einsatzorte und Betriebsbedingungen für Näherungssensoren werden immer vielfältiger und anspruchsvoller. Auf diese erhöhten Marktanforderungen reagiert ELCO mit einer umfassenden Weiterentwicklung des hauseigenen Sensorik-Programmes. Die neuen Induktiven Näherungssensoren der Serie G-Sens verfügen über einen deutlich erweiterten Arbeitstemperaturbereich von -30 bis +85 °C sowie einem hohen Schaltabstand von bis zu 30 mm und sind in Schutzart IP68 ausgeführt. Die Schutzart IP68 erlaubt den Betrieb des Sensors im untergetauchten Zustand und schützt so den Sensorkopf unter anderem bei austretenden Produktionsflüssigkeiten. Der große Schaltabstand von bis zu 30 mm ermöglicht durch größere Toleranzen eine einfache Montage und den sicheren Betrieb des Sensors. Der weite Temperaturbereich erhöht die Einsatzmöglichkeiten und deckt auch schwierige Anwendungsfälle ab. Durch diese besonderen Eigenschaften der G-Sens-Serie können daher ohne zusätzliche Investitionen Objekte auch in rauer Industrieumgebung präzise erkannt und gleichzeitig Sensorausfälle und damit verbundene Anlagenstillstände erheblich reduziert werden. Die hohe Schutzart verlängert die Lebensdauer der Sensoren und verringert damit den Wartungs- und Reparaturaufwand an Maschinen und Anlagen. Aufgrund der vielfältigen Einsatzmöglichkeiten durch die erhöhten Gerätespezifikationen ist es außerdem möglich, verschiedene Einsatzfälle zusammenzufassen, dadurch die Produktvielfalt der Lagerteile zu reduzieren und somit weitere Kosten einzusparen. • ELCO Industrie Automation GmbH www.elco-automation.de Einkaufsführer Produktionsautomatisierung 2016 37

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