Optimierter Betrieb

IT-Technik - Zunehmender Kostendruck zwingt produzierende Unternehmen zur höchst optimierten Fertigung. Dazu zählt die hohe Verfügbarkeit der Anlagen. Der Trend zu mehr IT-Technik in der Automatisierung entspricht dieser Entwicklung. Informationstechnik erhöht die Transparenz der Wartung. Sie optimiert Anlagen und minimiert Stillstände.

24. August 2005

In der Diskussion rund um das Thema IT-Technologien in der Automatisierungstechnik kommen die Aspekte des Nutzens häufig zu kurz. Technologie hat keinen Selbstzweck zu erfüllen, sondern muß einen klaren Anwendernutzen bieten. Nun erscheinen Funktionalitäten wie zum Beispiel das Versenden von E-Mails aus einem Automatisierungsgerät eher als nettes Spielzeug, denn als ernsthaft benötigte Funktionalität. Darum lohnt es sich, diese neue Automatisierungswelt einmal unter dem Blickwinkel des praktischen Nutzens zu betrachten. Dabei sollen insbesondere Erfahrungen im Mittelpunkt stehen, die Maschinen- und Anlagenbauer mit Ethernet-TCP/IP, Internet-Technologien und anderen aus der Welt der IT kommenden Funktionalitäten gemacht haben.

Moderne Automatisierungsgeräte verfügen über eine Menge neuer Funktionalitäten, die überwiegend aus der IT-Welt kommen: Ethernet-Schnittstelle, Internet Protokolle wie TCP/IP, UDP/IP, HTTP, FTP, SNMP, SMTP, Integrierte FTP-Server, Integrierter HTTP-Server, ein komplettes Dateisystem, Versand von SMS-Mitteilungen, E-Mail-Versand und browserbasierte Visualisierung. All diese Funktionalitäten sind aus der IT-Welt bekannt, sind also nicht wirklich neu. Neu ist es allerdings, daß sie fester Bestandteil der Automatisierungstechnik sind. Anhand einiger Beispiele wird aufgezeigt, daß diese Technologien ein großes Nutzenpotential bieten, wenn die Möglichkeiten bekannt sind und ausgeschöpft werden.

Aus der Ferne in den Antrieb schauen

Im Zusammenhang mit den Internet-Technologien ist immer wieder die Rede von den Vorteilen in Bezug auf die Fernwartung von Maschinen und Anlagen. Anhand eines konkreten Beispiels wird deutlich, daß es sich dabei um mehr als nur um theoretische Überlegungen handelt. Die Maschine, um die es sich handelt, ist mit der ethernet- und webbasierten Steuerungstechnologie JetWeb aus dem Hause Jetter automatisiert.

Die Anforderungen an die Verfügbarkeit der Maschine sind sehr hoch, sie muß über ihren gesamten Lebenszyklus durchgängig laufen, also auch im Dreischichtbetrieb. Fernwartung war aus diesem Grund bereits bei der Wahl des Steuerungssystems eine wichtige Voraussetzung für den Maschinenbauer. Die gesamte Maschine ist mit Ethernet vernetzt, auch die Antriebe. Jeder Antrieb verfügt über einen eigenständigen HTTP- und FTP-Server, also ein komplettes Dateisystem. Nun können sämtliche Echtzeitdaten des Antriebs aufgezeichnet, auf dem jeweiligen Antriebsregler abgelegt und mit der Standard-Programmiersoftware JetSym analysiert werden. Genau dies wurde in dem konkreten Fall auch getan.

Eine von mehr als hundert Antrieben einer Maschine macht Probleme, die Sollposition wird nicht mehr erreicht. Die Daten des Antriebs wurden vom Servicepersonal aus der Ferne per Modem geholt und im sogenannten Oszilloskop-Modus der Software betrachtet und analysiert.

Innerhalb kürzester Zeit hat das Servicepersonal auf ein mechanisches Problem geschlossen und diese Analyse an die Servicetechniker vor Ort durchgegeben. Mit dieser richtigen Analyse wurde das Problem sehr schnell lokalisiert und konnte innerhalb kürzester Zeit behoben werden.

Anhand dieses Beispiels wird deutlich, wie wichtig eine hohe Diagnosetiefe ist. Genau an dieser Stelle bieten Ethernet-TCP/IP und die Web-Technologien einen großen Vorteil. Bei einer durchgängig mit Ethernet vernetzten Anlage kann aufgrund des wahlfreien Zugriffs auf jedes einzelne Gerät direkt zugegriffen werden, ohne daß eine Datenkommunikation explizit programmiert werden müßte oder die Daten erst an einer zentralen Stelle gesammelt werden müßten.

Anlage jederzeit checken

So hat beispielsweise der Servicetechniker aus der Ferne den Zugriff auf das Drehmoment einer Servoachse. Je mehr Daten eine Fertigung über den Fertigungsprozeß zur Verfügung stellen kann, um so besser sind die Möglichkeiten den Prozeß zu optimieren. Dazu ist eine permanente Zustandsüberwachung (Condition Monitoring) der Anlage erforderlich. Beim Condition Monitoring geht es im einzelnen um: Die Ermittlung und Interpretation von Zustandsinformationen über Maschinen, Anlagen und Komponenten (Datenerfassung), die frühzeitige Erkennung von Fehlern und Schäden, eine exakte Lokalisierung von beschädigten Teilen, die Ermittlung der Schadensart, Vorschläge für in Frage kommende Hilfemaßnahmen, eine Schwachstellenanalyse, eine automatisierte Zustandsbewertung, eine Analyse der Schadenshäufigkeit und das Einleiten von Gegenmaßnahmen.

Die hieraus gewonnenen Informationen lassen sich auswerten und ermöglichen eine Optimierung des Fertigungsprozesses. In Zusammenarbeit von Maschinenbauer und produzierendem Unternehmen können auch Informationen generiert werden, die in den Entwicklungsprozeß der Maschine direkt mit einfließen. Maschinen und Anlagenbauer können auch - in Absprache mit den Kunden - Informationen sammeln und abrufen, die ihnen helfen ihre Maschinen und Anlagen immer weiter zu verbessern und zuverlässiger zu machen. Condition Monitoring hat damit einen klar definierten Nutzen: Maschinenstillstände und Ausfallzeiten werden erheblich reduziert, Ersatzteilbeschaffung, Montageteambereitstellung und Instandhaltung werden besser planbar. Die Termine für den Austausch können auf bereits vorgesehene Wartungstermine gelegt werden. Dadurch erhöht sich die Prozeßsicherheit und hohe Kosten zur Schadensbekämpfung werden vermieden. Werden die Möglichkeiten moderner Steuerungssysteme genutzt, lassen sich Anlagenstillstände durch vorbeugende Wartung vermeiden. Die Intelligenz in den Automatisierungsgeräten nimmt immer weiter zu und mit Hilfe von Ethernet lassen sich damit Strukturen verteilter Intelligenz realisieren.

Reagieren bevor es zu spät ist

Geräte können sich selbst überwachen und bereits vor dem Eintreten eines Problems eine Warnmeldung geben. Zwar war dies mit klassischen Feldbussystemen bislang schon machbar, der Aufwand war jedoch höher und die Funktionsvielfalt geringer. Moderne Kommunikationstechnologien auf Basis von Ethernet und Internet-Technologien verfügen hierfür über die notwendigen Voraussetzungen: Daten werden in den Geräten gesammelt und vorverarbeitet. Außerdem werden kritische Zustände überwacht, Laufzeiten ermittelt und Daten regelmäßig abgeholt und überprüft. Bei Problemen werden von den einzelnen dezentralen Geräten Meldungen per E-Mail und/oder SMS abgesetzt, bevor es zu einem Ausfall kommt. Beim Tausch von Geräten werden alle relevanten Daten und Parameter von einem Server automatisch auf das neue Gerät geladen. Auch wenn Ethernet die Fabrik nicht ohne zusätzlichen Aufwand mit der Officesoftware verbindet, bringt bereits die Verwendung ein und derselben Kommunikationstechnologie beiden Bereichen erhebliche Vorteile. Doch die durchgehende Vernetzung allein reicht nicht aus für eine umfassende und komfortable Datenverwaltung. Hierfür braucht man eine Software, um die Automatisierungsgeräte der Fertigung mit den Datenbanksystemen der EDV zu verknüpfen. Hilfreich ist der JetDBService, den die Jetter AG neben der browserbasierten Visualisierung JetView-Soft anbietet. Dabei handelt es sich um eine Software für die Kommunikation von Jetter Automatisierungsgeräten mit SQL-Datenbanken, unter Berücksichtigung von XML-Konfigurationsdateien. Der Jet-DB-Service bietet Zugang zu Steuerungsdaten, um sie in Datenbanken zu speichern, die das OLE DB Provider Feature von Microsoft bereitstellen. In einer XML-Konfigurationsdatei werden alle Einstellungen für Datenbanken, Datenübertragungen und Steuerungen gespeichert. Auf die gängigsten PC-Datenbanken kann über den Microsoft OLE DB Provider for ODBC Drivers zugegriffen werden. Wenn beispielsweise mit einer Microsoft-Access-Datenbank gearbeitet wird, dann wählt man z. B. Microsoft ›OLE DB Provider for ODBC Drivers‹ in der Konfiguration.

Diese Software kann genutzt werden um Rezepturen zu verwalten, Produktionsdaten zu speichern und Alarmhandling zu realisieren. Für die Auswertung der Daten gibt es aufgrund der Nutzung von IT-Datenbankstandards vielfältige Software aus dem IT-Umfeld. Entscheidend ist es, die Daten aus der Fertigung der IT so zur Verfügung zu stellen, wie es den in der IT-Welt üblichen Standards entspricht, so wie der JetDBService es bietet.

Martin Buchwitz, Jetter

Erschienen in Ausgabe: DIGEST/2005