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Dynamische Prozessbilder

Flexible Visualisierung im Anlagenbau

Der Maschinen- und Anlagenbauer AZO hat sich auf die Automation von Rohstoffverarbeitung und Prozessen spezialisiert. Dazu hat das Unternehmen ein Versuchszentrum eingerichtet, in dem es Teilanlagen zusammen mit Kunden praktischen Tests unterziehen kann. Zur Bedienung und Visualisierung der stets wechselnden, dynamischen Anlagenkonfigurationen setzt das Unternehmen eine flexible HMI-Software ein.

Bild: AZO

Seit über einem halben Jahrhundert ist AZO GmbH + Co. KG eines der weltweit führenden Unternehmen im Bereich Automation von Rohstoffen, Zutaten, Aromen, Additiven, Farbstoffen, Kleinkomponenten und Flüssigkeiten. Zum sechzigsten Jahrestag der Firma aus Osterburken in Baden-Württemberg und dem dreißigsten der Tochterfirma HSH-Systeme für Prozess-IT GmbH, die für die softwareseitige Automatisierung der Anlagen verantwortlich ist, wurde das neue Versuchszentrum für Rohstoffhandling eingeweiht. Mit einem neuen Konzept – das Inventar wurde sowohl bei der Verfahrens- als auch bei der Steuerungstechnik in Modulbauweise aufgebaut – will der Anlagenbauer schneller und flexibler Versuchssituationen aus der Praxis seiner Kunden aufbauen können.

Das Angebot umfasst unter anderem die Bereiche Wiegen, Big-Bag-Handling, pneumatisches Fördern, Sieben und Containerhandling. In der hauseigenen Produktdatenbank liegen mittlerweile Daten von über 4000 Versuchsreihen, auf die bei der Neuauslegung und der Projektierung von Anlagen zugegriffen werden kann. Im AZO Versuchszentrum werden etwa 200 Versuche mit Kundenprodukten pro Jahr durchgeführt. Häufig sind die Kunden bei diesen Versuchen anwesend und können sehen, wie sich die Schüttgüter während des Handlings verhalten.

Alle Leistungsdaten werden mit der HMI/Scada-Software Webfactory exakt erfasst, dokumentiert und den Kunden zur Prüfung zur Verfügung gestellt. So können die Kunden des Anlagenbauers bereits im Vorfeld die optimale Methode für das Rohstoffhandling ermitteln, bei der beispielsweise die Körner des sensiblen Schüttgutes am wenigsten beschädigt werden. Zudem kann die Zeit zwischen Inbetriebnahme der Anlage und dem Erreichen der vollen Produktionskapazität reduziert werden, da Komplikationen bereits in den Praxistests im Versuchszentrum ausgeräumt werden können.

Zehntausende Konfigurationen beherrschen

Die besondere Herausforderung für die Prozessvisualisierung liegt dabei in der Adaption der Bedienoberflächen an die ständig wechselnden Anlagenkonfigurationen auf den sieben Versuchsplätzen. Ebenso, wie zum Aufbau einer Anlage verschiedene Komponenten in jeweils vielen einzelnen Varianten kombiniert werden, muss auch die Zusammenstellung der Bedienoberfläche erfolgen. Dabei soll die Bediensoftware nicht nur die Kombination einzelner Module zu einem Gesamtbild gestatten, sondern die Zusammenstellung, Zuordnung und Parametrierung übernehmen. Hierzu werden die AnlageVisualisierung in zwei logische Hälften unterteilt – die Quelle und das Ziel des Prozesses – die wiederum aus je fünf übereinander liegenden, grafischen Ebenen aufgebaut sind. In jeder der Ebenen können bestimmte Module der Produktpalette in verschiedenen Varianten platziert werden. Alle Ebenen zusammen bilden letztlich das gesamte Abbild und damit die Bedienoberfläche der Anlage.

Eine solche Versuchsanlage könnte beispielhaft wie folgt aussehen: Aus einer Big-Bag-Station, also einer Halterung für große Säcke bis zu einem Volumen von etwa 1.300 Litern, wird Versuchsware über einen Vorlagebehälter und eine Siebmaschine in einen Zwischenbehälter transportiert. Alle Komponenten sind wahlweise mit diversen Füllstandsmeldern, Spülluftventilen, Rüttlern und Klopfern ausstattbar. Um die Rohstoffe von der Quelle zum Ziel zu transportieren stehen verschiedene Fördersysteme und Gebläsetypen zur Verfügung. Das Ziel des Förderprozess kann ein Wiegebehälter mit angeschlossener Dosiereinheit sein.

Damit die Zusammenstellung des Anlagenbildes automatisch erfolgen kann, liest die Visualisierung die elektronischen Kennungen der physisch vorhandenen Komponenten aus der SPS aus, importiert das zugehörige Anzeigeelement aus einer Symbolbibliothek und bindet die Anlagensignale über dynamische Signalersetzungsroutinen an die Visualisierung an. Auf diese Weise ist es möglich, rund 30.000 verschiedene Anlagenkonfigurationen und deren Varianten aus den Modulen zu generieren. Die automatische Generierung der Visualisierungen bedeutet damit eine erhebliche Zeitersparnis im Engineering der Versuchsanlagen, denn manchmal wechselt die Anlagenkonfiguration auf einem Versuchsfeld sogar mehrmals täglich. Das Unternehmen nutzt die Software daher auch in den regulär ausgelieferten Anlagen.

Für die vielfältigen Anforderungen der automatischen Produktionsprozesse entwickelt HSH individuelle Produktionssteuerungen. Die Kunden des Unternehmens kommen aus Mittelstand und der Großindustrie, speziell aus den Bereichen Pharma, Nahrung, Chemie und Kunststoff.

Flexibel durch objektorienierten Aufbau

Die Bedienoberfläche arbeitet mit einem objektorientierten Grundaufbau auf Basis der Internet-Präsentationstechnologie Microsoft Silverlight. Das auf der Software-Plattform Microsoft .NET aufbauende System bietet sich für den flexiblen Einsatz im Gesamtkonzept des Unternehmens an: HSH-Systeme plant, in Zukunft viele seiner grafischen Benutzeroberflächen mit dieser Technologie zu gestalten, da die Möglichkeit zur Verwendung von Vektorgrafiken die Entwickler unabhängig von der Bildschirmauflösung des Anzeigegerätes macht. Die Verwendung solcher offener Standards in Kombination mit modernen Programmiersprachen in der Entwicklungsumgebung leistet einen merklichen Beitrag, um das Engineering so effizient wie möglich zu gestalten. Programmierkenntnisse sind erst ab einer gewissen Stufe erforderlich, da das System auch grafische Editoren zur Verfügung stellt. Ein weiterer Vorteil der Software liegt in der Webfunktionalität: Durch die von Grund auf durchgängig webbasierte Technologie stehen die Visualisierungen jedem berechtigten Mitarbeiter an jedem PC zur Verfügung. Dazu muss die IT-Abteilung des Unternehmens keine Kapazitäten für die Konfiguration oder Installation zusätzlicher Software auf Client-PCs aufbringen.

Niedrige Hardware- Anforderungen

Auch die benötigte Hardware zur Anzeige der Prozessbilder kann auf ein Minimum reduziert werden. Zur Darstellung wird lediglich ein üblicher Internet-Browser benötigt, wofür bereits einfache Thin-Clients mit einem Embedded-Betriebssystem, also wartungsarme Rechner ohne bewegliche Teile und mit geringem Energieverbrauch, ausreichen. In einer virtualisierten Umgebung kann die von einem zentralen Server bereitgestellte Visualisierung sogar auf einem einfachen Linux-System, welches eine Remote Desktop-Verbindung (RDP) aufbauen kann, angezeigt werden. Damit sinken der zeitliche Aufwand zur Einrichtung und Wartung sowie die Kosten für die Hardware-Ausstattung.

Die Kommunikation zwischen Visualisierungslösung und SPS erfolgt über eine OPC-Schnittstelle, der zugehörige OPC-Server kann anlagenseitig nahezu jedes Protokoll interpretieren, um mit der Software zu kommunizieren. Angekommen auf dem HMI-Server, für den ein handelsüblicher PC in der Regel ausreicht, können die Daten dann den Clients im Netzwerk zur Anzeige übergeben werden, bei einer Grenzüberschreitung einen Alarm auslösen und zu Dokumentationszwecken in der Datenbank archiviert werden. Ein Wert wird nur dann an die Clients weitergegeben, wenn er sich in einem bestimmten Zeitraum über einen definierten Toleranzbereich hinaus verändert hat. Dadurch werden keine unnötigen Daten ausgetauscht. Durch die auf offenen Standards basierende Architektur bietet die Software ein hohes Maß an Dynamik, Kompatibilität und Adaptionsfähigkeit – ohne den vermeintlich unausweichlichen Kompromiss zwischen hochwertiger Grafik und kostengünstiger Hardware einzufordern.

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