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Reproduziert durch ICS mit freundlicher Genehmigung von SPS-Magazin.

Produktionsdatenverarbeitung auf dem PC Steuerung und Überwachung des Materialflusses mit integrierter Fernwartung

Dass zur Steuerung von Produktionsabläufen und Fördermitteln SPSen eingesetzt werden, ist hinlänglich bekannt. Weniger bekannt sind allerdings Systeme zur Teile-Identi-fikation und Kontrolle des Materialflusses, ohne die eine sinnvolle Material-wirtschaft und ein koordinierter Just in Time (JIT)-Abruf nicht denkbar ist.

Zu den Hauptaufgaben einer Produktionssteuerung gehört heute die Erfassung und Verarbeitung von Daten zur Auslastung der Anlage und zur Position der Teile im Produktionsfluss, aber auch die synchrone Bereitstellung von spezifischen Daten zum Werkstück im Sinne eine rWerkerführung. Wenn diese Aufgaben für eine SPS zu komplex werden, bietet sich eine rechnerbasierte dezentrale Lösung mittels Data-Collection-Point (DCP) an. Aber die Verfügbarkeit der Rechner muss mit denen von SPSen mindestens vergleichbar sein.
 
Fern-Wartungskonzept implementiert
 
Die I.C.S. Industrielle Automatisierungssysteme GmbH in Lehre, die seit über sieben Jahren auf diesem Gebiet tätig ist, hat mit ihrer Systemsoftware RTC-32 (Real-Time-Communication 32-Bit) eine Integrations-Plattform für komplexe Fertigungsanlagen geschaffen. Die seit über sechs Jahren bestehende Projekt-Kooperation mit dem Informationstechnologie-Dienstleister Gedas in Mexiko zeigt die Möglichkeiten des Systems auf. Die eingesetzte Software umfasst einfache Anwendungen mit manueller Scanner-Erfassung, automatische Erfassung mittels WebCam und Noteingabe, Applikationen zum Bedienen und Beobachten, das Schreiben auf mobilen Datenspeicher-Systemen (MDS) bis hin zu redundanten Hot-Standby-Systemen. Auf der Basis von RTC-32 wurde erstmals auch ein umfassendes Fern-Wartungskonzept implementiert. Die Software wurde als Embedded System entwickelt und benötigt kein Betriebssystem. Sie kann als Basic Input/Output System-Erweiterung (BIOS) vom Bootsektor der Festplatte, aus einem EPROM oder durch einen Boot-Code unter DOS gestartet werden. RTC-32 lehnt sich in seiner internen Struktur stark an das modulare ISO/OSI-Schichtenmodell an (Bild 1). RTC-32 basiert auf dem Framework RTOS-32. Weil die standardisierten Schnittstellen zwischen den Modulen Hardware-unabhängig sind, können Projektierung, Codierung und Rollout der Software innerhalb weniger Tage erfolgen.
 
Das RTC-32-System umfasst außerdem:
 
- TCP/IP-Stack für ISA- und PCI-Netzwerkkarten - Client-Server-Implementation für Telnet - Client-Server-Implementation für FTP - für die Fernwartung der Software durch Zugriff auf das
 
Dateisystem des DCP, beispielsweise zum Abruf lokaler Log-Dateien.
 
Bild 1: Die interne Struktur zeigt den modularen Charakter der Systemsoftware RTC-32
Der Zugriff kann mittels
 
MD5-Verschlüsselung gesichert werden. Benutzerabhängige Privilegien sind implementiert. - Web-Server - stellt Statusinformationen des DCP für berechtigte HTML-Browser zur Verfügung. - SMTP-Implementation (Simple Message Transfer Protocol) schickt Fehlermeldungen per
 
E-Mail an das Wartungspersonal. - SNMP V2-Implementation - für die Signalisierung von Fehlerereignissen parallel zur E-Mail-Übermittlung. Da die bereits erwähnten Fernwartungswerkzeuge wie HTTP, SMTP und FTP nur genutzt werden können, solange die Netzwerkfunktionalität des Clients (DCP) gegeben ist, entschied man sich für eine weitere Server-seitige Überwachung durch einen SNMP-Manager.
 
Factory Manager
 
Factory Manager, die Konfigurations- und Diagnosesoftware von Phoenix Contact für Ethernet-Netzwerke im Automatisierungs-umfeld, bildet die Benutzerschnittstelle zu SNMP als Front-End. Es verwaltet die Traps und überwacht die Netzwerkverfügbarkeit des DCP mittels Internet Control Message Protocol-Nachrichten (ICMP, Bild 2). Der Factory Manager zeigt den Status der intelligenten Infrastrukturgeräte (Switches) und Endgeräte (z.B. Industrie-PCs) an und weist außerdem auf kritische Systemzustände hin. Von Vorteil ist es, wenn das Geräte-Netzwerk mit Ethernet-Switches der Factory-Line-Produktfamilie von Phoenix Contact aufgebaut ist. Dann werden die Informationen als Textmeldungen generiert, und die Geräte können ohne Netzwerkkenntnisse adressiert und überwacht werden (Bild 3). Fehlermeldungen gehen per E-Mail vom RTC-32-System direkt an die Pager des Wartungspersonals. Bei einer DCP-Installation können folgende Komponenten im Fehlerfall den Förderfluss blockieren:
 
- Rechner - Verunreinigung der Filter und Überhitzung der CPU bei konventionellen Systemen - der Panel-PC PPC 5315 von Phoenix Contact arbeitet filterlos - Lüfter-Ausfall - Display-Ausfall - Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) bei Ausfall der darin enthaltenen Batterie - Digitales E/A-System Interbus - Scanner-Systeme - Schreib-Lese-Systeme für mobile Datenträger - Netzwerkkomponenten.
 
Bild 2: Typische Konfiguration eines Data-Collection-Point mit Factory Manager von Phoenix Contact als Front End
Auch logische Fehler können die Funktionen der DCP-Software beeinflussen:
 
- Kommunikationsstörungen mit Host-Systemen - falsche Eingaben durch das Bedienpersonal - fehlerhaftes Signalverhalten der Kopplung zu den SPSen der Fördermittelsteuerung.
 
Die Software kann nicht alle Störungen verhindern, aber die frühzeitige Erkennung und Meldung an ein Wartungsteam ermöglicht schnellere Gegenmaßnahmen. So können Folgeschäden vermieden werden, wie zum Beispiel Hardware-Ausfälle durch Überhitzung oder Produktionsausfälle durch Materialstau.
 
Datenerfassung und -verarbeitung am Panel-PC
 
Hier könnte der Eindruck entstehen, dass Bürorechner insgesamt kostengünstiger sind. Bis vor kurzem wurden für DCP-Systeme aus Gründen der Verfügbarkeit fast ausschließlich Bürorechner eingesetzt. Diese Rechner überwachen ihre eigenen Komponenten allerdings nicht in ausreichendem Maße und besitzen auch nicht genügend freie Steckplätze. Im Jahr 2003 entschieden sich drei Unternehmen - Gedas-Mexico, ICS und Phoenix Contact - gemeinsam Industrie-PCs von Phoenix Contact als Hardware-Plattform für DCP-Installationen einzusetzen. Der Panel-PC PPC 5315 bietet neben seiner kompakten und industrietauglichen Bauweise alle Optionen für ein Fern-Wartungskonzept. Die verfügbaren ISA- und PCI-Steckplätze des passiven Bussystems bieten ausreichend Raum für Erweiterungen. Phoenix Contact bietet die Panel-PCs, die als DCP eingesetzt werden, als vorkonfektionierte Komplettlösung an. Zusammen mit dem Industrie-PC werden alle weiteren Komponenten in ein Gehäuse integriert. Das modulare System deckt das gesamte Anforderungsspektrum ab - von der einfachen dezentralen Visualisierung bis zum komplexen Zentralgerät. Dabei können Installationen mit Feldbus, Bedienelementen, Tastatur, Koppelebene, diversen Interface-Modulen und Stromversorgungen bis hin zur USV integriert werden. Vertrieben werden die Produkte über das weltweite Vertriebsnetz von Phoenix Contact. Auch Ersatzteilversorgung und Service sind auf Grund der weltweiten Präsenz von Phoenix Contact kein Problem.
 
Bild 3: Mit dem Modular Managed Switch MMS von Phoenix Contact werden industrielle Netzwerke aufgebaut
Die Software überwacht die Hardware hinsichtlich Systemtemperatur, Lüfter- und Displayfunktionalität und signalisiert Abweichungen über SNMP-Meldungen an den Factory Manager. Eine Eigenüberwachung der Software wird über den systeminternen "Watchdog" realisiert. Das integrierte LCD-Display hat eine Auflösung von 1024x800 Pixel und ist mit einem Touchscreen auf der Basis eines seriellen EloTouch Controllers ausgestattet. Dadurch besitzt das Geräte eine verbesserte Ergonomie. Die Basiskonfiguration des PPC 5315 beinhaltet drei freie serielle Schnitt-stellen, COM4 für den EloTouch Controller, einen Ethernet-Anschluss, zwei USB-Anschlüsse sowie einen Interbus-EcoLink-Treiber für die digitale Kopplung zu den SPSen der Fördermittelsteuerung. Diese Konfiguration, die seit Anfang 2004 im Produktiveinsatz ist, wird künftig noch erweitert.
 
Geringe Installations- und Wartungskosten
 
Obwohl diese Kombination aus Hardware und Software beim PPC 5315 erst seit kurzer Zeit eingesetzt wird, zeichnet sich bereits ein positives Feedback durch Anwender ab. Hervorgehoben werden dabei:
 
- Einfachere Bedienung durch intuitive Benutzerführung und Touchscreen - Geringerer Installationsaufwand durch kompakte Bauweise - Reduzierter Wartungsaufwand durch lüfterlose Gehäuse und dezentralen FTP-Zugriff auf Parameterdateien - Geringere Wegezeiten durch FTP-Zugriff auf Log-Dateien oder Statusabfrage mittels Web-Browser - Vermeidung von Stillstandszeiten durch Fernwartung mittels Signa lisierung von Alarmzuständen
 
über SMTP und SNMP - Verbesserter Investitionsschutz durch leistungsstarke Hardware-Überwachung.
 
Die positiven Erfahrungen in Mexiko führten dazu, dass auch die Ausschreibung für ein Automobil-Projekt in Shanghai gewonnen werden konnte. In der ersten Ausbaustufe sind bereits sechs Installationen auf Basis des PPC 5315 im Einsatz. Entscheidend für diesen Auftrag war auch die Präsenz von Phoenix Contact in China, denn nur so kann ein umfassender Support und Service garantiert werden.
 
Autoren: Dipl.-Ing. Kai Fechner und Dipl-Ing. Oliver Kirsch sind Mitarbeiter der Abteilung Vertrieb Automotive Group der Phoenix Contact GmbH & Co. KG, Blomberg. Dieter W. Kuske ist Geschäftsführer der I.C.S. Industrielle Automatisierungssysteme GmbH, Lehre.
Internet : www.phoenixcontact.de

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