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Standardschnittstellen für performante Anbindung

Standardschnittstellen für performante Anbindung

Pickert & Partner bietet Softwarelösungen für Fertigungsbetriebe an. Ein Aufgabengebiet ist dabei das Verbinden von Prozessinseln zu einem durchgängigen Gesamtsystem. Auf der Automatisierungsebene steht dabei insbesondere die vertikale Integration von Anlagen und Maschinen im Fokus. Dazu setzt das Softwarehaus auf OPC-Server.

Bild: Softing

Qualitätsmanagement, Produktionsmanagement und Anlagenoptimierung unterstützt die integrierte Softwarelösung ‘Real-Time. Quality. Manufacturing’ (RQM) der Pickert & Partner GmbH aus Pfinztal bei Karlsruhe. Die Systeme des Unternehmens dienen dazu, Menschen, Maschinen, Werkzeuge, Prüfmittel und Material optimiert einsetzen zu können. Dazu bündelt das Softwarehaus Qualitätsmanagementaufgaben in einer durchgängigen Lösung. Der Funktionsumfang reicht von der Risikoanalyse bis zum Warenausgang und von der fertigungsbegleitenden Prüfung bis zum firmenübergreifenden Regelkreis.

Die Software erfasst, verarbeitet und speichert dazu Daten, Zustände, Ereignisse und Entscheidungen aus dem gesamten Produktionsgeschehen. Die Lösung steuert den Produktionsablauf, lenkt die Fertigungsaufträge durch den Betrieb und plant den bestmöglichen Ressourceneinsatz. Dabei wird schnell deutlich, dass das System ohne Einbindung der Automatisierungsebene mit ihren Steuerungen und Maschinen nicht umfassend eingesetzt werden kann. Um Produktionsinformation weiterverarbeiten zu können, müssen die Einzelkomponenten mit einem durchgängigen Datenaustausch über alle Ebenen hinweg umfassend und möglichst nahtlos integriert werden.

Vertikale Integration über OPC-Protokoll

Die vertikale Integration des Systems mit der Automatisierungsebene erfolgt in den Modulen für Maschinendatenerfassung (MDE) und Rückverfolgbarkeit. Dabei werden im MDE-Modul Stückzahlen, Zustände, Prozessparameter, Stillstände und Störungen als Daten aus den angebundenen Steuerungen erfasst. Daraus berechnet das Modul die voraussichtliche Dauer eines laufenden Arbeitsgangs und stellt den Materialfluss, die Auslastung der Ressourcen sowie die Kapazitäten grafisch dar. Der Systembaustein für die Rückverfolgbarkeit überwacht dagegen Produktion, Qualität sowie Ressourcen und greift dafür auf die Automatisierungsebene zu. Der Datenaustausch der Module mit den Steuerungen der Automatisierungsebene muss dazu in Echtzeit erfolgen.

Die Daten sind so zum Entstehungszeitpunkt auch in den jeweiligen Modulen für die Weiterverarbeitung verfügbar. Dabei ist das Mengengerüst für den erforderlichen Datenaustausch mit bis zu 100 Werten pro Minute, in Abhängigkeit vom jeweiligen Projekt, nicht extrem. Die entsprechende Reaktion innerhalb des Gesamtsystems auf einzelne Ereignisse oder Validierungen muss jedoch sichergestellt werden. Deshalb hat sich der Softwareanbieter entschieden, OPC-Technologie einzusetzen, um den Datenaustausch mit den Steuerungen der Automatisierungsebene zu realisieren. Dieser Lösungsansatz ermöglicht einen standardisierten Datenaustausch mit den verschiedenen, bei den Anwendern eingesetzten Steuerungen. So lässt sich auch der Datenaustausch für das Einbinden weiterer Systeme, wie zum Beispiel Scannern, homogenisieren.

Schnelle Anbindung an die Steuerungsebene

Das Qualitäts- und Produktionsmanagement- System bindet für die meisten realisierten Projekte die weit verbreiteten Simatic S7- und S5-Steuerungen des Anbieters Siemens ein. Das Softwarehaus suchte deshalb einen leistungsfähigen S7/S5-OPC-Server, um den Datenaustausch mit der Automatisierungsebene realisieren zu können. Nach der Evaluierung verschiedener Produkte entschied man sich für den S7/S5-OPC-Server der Firma Softing. Die Lösung unterstützt den schnellen und einfachen Zugriff auf Prozessdaten in S7- und S5-Steuerungen; ausschlaggebend war neben einfacher Bedienbarkeit die Implementierung des Datenaustausches.

Um einzelne Datenpunkte zu addressieren, nutzt die Lösung durchgängig die Step7- beziehungsweise Step5-Semantik. So kann der Integrator auf Ein- und Ausgangsdaten (E/A), Datenbausteine, Merker, Timer und Zähler in bis zu 256 Steuerungen zugreifen. Es erfordert lediglich zwei Konfigurationsschritte, um die OPC-Kommunikation über den Server festzulegen: Im ersten Schritt definiert der Anwender die Kommunikationspfade zu den einzelnen Steuerungen mit einem alternativen Datenzugriff über TCP/IP, Profibus oder Message Passing Interface (MPI). Anschließend werden die Verbindungen zu den einzelnen Steuerungen konfiguriert. Dabei kommen entweder symbolische Namen aus den Step7-Projekten oder Alias-Namen in einer MS-Excel-Tabelle und deren Import in den OPC-Server zum Einsatz.

Die Softwarelösung RQM ist ein Gesamtsystem, das den Einsatz von Menschen, Maschinen, Werkzeugen,
Prüfmitteln und Material unterstützt. Für diese Funktionalität muss auch die Automatisierungsebene eingebunden
werden. Das Softwarehaus setzt OPC-Software des Anbieters Softing ein, um die Anbindung von
Ein-/Ausgabemodulen (E/A) sowie Datentransfers effizient abwickeln zu können. Bild: Pickert & Partner

Effiziente Handhabung von Lese- und Schreibzugriff

Außerdem gestattet die Server-Lösung die ‘intelligente’ Zusammenfassung von Leseund Schreibaufträgen. Hier werden etwa Zugriffe auf identische Datenpunkte durch verschiedene OPC-Clients über einen einzigen OPC-Auftrag abgewickelt. Gleichzeitig vereinheitlicht der Server das verwendete Zeitraster, sodass Lese- und Schreibzugriffe mit unterschiedlichen Zeitintervallen anhand dieses einheitlichen Zeitrasters erfolgen. Auf diese Weise lässt sich der Datendurchsatz effizient abwickeln. Der Hersteller bietet neben der Lösung für Siemens-Steuerungen auch andere OPC-Server an, die im Umfeld des RQM-Systems arbeiten, z.B. für das Industrial Ethernet-Protokoll Modbus TCP.

Sollen mehrere OPC-Server auf verteilten Rechnern arbeiten, setzt der Softwareanbieter auch den OPC-Tunnel der ‘Softing OPC Easy Connect Suite’ ein. Der OPC-Tunnel setzt die DCOM-basierte OPC-Kommunikation zunächst auf TCP/IP um, überträgt die Daten via Ethernet an den Zielrechner und verwandelt diese dort wieder in Lese- und Schreibaufträge gemäß OPC-Spezifikation. Durch den Einsatz des Datentunnels lässt sich die zeitraubende Konfiguration der reinen OPC-Kommunikation auf DCOM-Basis vermeiden. Dadurch entfallen auch die mit dem letztgenannten Ansatz verbundenen Sicherheitsrisiken.

Ein durchgängiges System zur Datenerfassung

Der OPC-Server und die weiteren OPC-Komponenten unterstützen die Module für die Maschinendatenerfassung und die Rückverfolgbarkeit des Produktionsmanagement-Systems im Hinblick auf den Datenaustausch mit der Automatisierungsebene. Die OPC-Lösung erfasst und konsolidiert die Automatisierungsdaten und archiviert sie in einer zentralen Datenbank. So werden die Fertigung, die Qualität der gefertigten Produkte und der Ressourceneinsatz im laufenden Prozess überwacht. Infolge dessen kann die Software sicherstellen, dass einwandfreie Teile produziert werden. Dabei erkennt das Rückverfolgbarkeits- Modul die betroffenen Fertigungsschritte, sodass mangelhafte Teile automatisch und frühestmöglich in den Bearbeitungsprozess zurückgeschleust werden. Die Ausschussrate kann so verringert und gleichzeitig der administrative Aufwand im Vergleich zur ‘traditionellen’ Nachbearbeitung reduziert werden. Wird ein bisher unbekannter Fehler entdeckt, muss dieser analysiert, seine Ursache ermittelt und diese in die Datenbank eingepflegt werden.

Praxiserprobte Gesamtlösung

Bis heute wurden die OPC-Komponenten in Kombination mit dem Produktionsmanagement- System in etwa 15 Projekten eingesetzt. Michael Seidel, Vertriebs- und Marketing- Leiter bei Pickert & Partner, erläutert: „Durch den Zugriff auf die Steuerungsdaten zur Laufzeit ergänzt das OPC-Angebot von Softing unser RQM-System ideal. Unsere Kunden profitieren bereits im laufenden Prozess von der transparenten Einbindung der Daten aus der automatisierten Fertigung.”