Automatisches Testen von Automatisierungssystemen Hochschule und Unternehmen untersuchen gemeinsam Möglichkeiten und Grenzen

Autor / Redakteur: M. Seitz, V. Ehret, M. Kiefer, A. Ziegler, E. Kruschitz, E. Usselmann / Reinhard Kluger

Im Rahmen des Forschungsprojekts AQUA (Automatisierte Qualifizierung von Automatisierungssystemen) untersuchen die Hochschule Mannheim und die anapur AG aus Ludwigshafen, inwieweit die notwendigen Tests der Automatisierungssysteme automatisch durchgeführt werden können, um so auch die Testdokumentation automatisch erstellen und elektronisch verwalten zu können.

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Die Anforderungen an Qualität und Sicherheit von Produkten und der sie herstellenden Anlagen steigen zunehmend. In der pharmazeutischen Industrie wird seit langem ein lückenloser Test von Automatisierungssystemen, inklusive der Dokumentation, über den gesamten Lifecycle gefordert. Mit Einführung der IEC 61508/61511 wird ein ähnliches Vorgehen auf sämtliche sicherheitskritischen Prozesse auch in der Fertigungsindustrie ausgedehnt, was mit einem hohen Aufwand insbesondere infolge von Änderungen beim Re-Engineering verbunden ist [1,2].

Zusammenarbeit zwischen Industrie und Hochschule

Das Forschungsprojekt AQUA wird gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit im Rahmen des Programms „Förderung der Erhöhung der Innovationskompetenz mittelständiger Unternehmen“ (PRO INNO II). Als Fachhochschule kann die Hochschule Mannheim dadurch Mitarbeiter für wissenschaftliche Arbeiten einstellen, sehr gute Absolventen etwa parallel zu ihrem Masterstudium fördern und somit eine Art Mittelbau implementieren. Auch das Unternehmen wird gefördert, um die technischen und wirtschaftlichen Risiken von FuE-Projekten zu verringern und die Forschungsergebnisse in marktwirksame Innovationen umzusetzen.

In diesem Projekt recherchiert und entwickelt die Hochschule Methoden und Algorithmen zum automatischen Testen von Automatisierungssystemen. Das Unternehmen evaluiert und prüft diese Methoden an realen Anwendungen. Beide Partner gewinnen durch die Zusammenarbeit nicht nur den Einstieg in ein neues vermarktbares Produkt, sondern auch den Blick von außen auf die eigene Arbeit. Das wissenschaftliche Interesse, möglichst viele neue Methoden zu entwickeln und zu erproben, wird ergänzt durch das wirtschaftliche Interesse, diese Methoden auch möglichst so ausgereift zu gestalten, dass sie unter verschiedensten industriellen Randbedingungen einsetzbar sind.

Durch diese Art der Zusammenarbeit entsteht in diesem Projekt zunächst der Prototyp eines Prüfstands zum Testen von Automatisierungssystemen [3]. Durch zahlreiche weitere Evaluationen und Anpassungen an Automatisierungssysteme, die für reale Anlagen konfiguriert sind, soll der Prototyp in ein marktfähiges Produkt überführt werden.

Prüfstand für speicherprogrammierbare Steuerungen

Der Prüfstand wird wie in Bild eins skizziert über eine standardisierte Hardware-Schnittstelle mit den E/A-Kanälen von Automatisierungssystemen, wie z.B. speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS), verbunden. Der Prüfstand führt die Testabläufe automatisch im Zusammenspiel mit der Steuerung aus, indem durch eine Anlagensimulation Testsignale erzeugt und die Rückmeldungen der Steuerung kontrolliert werden. Die Testergebnisse werden automatisch protokolliert und elektronisch verwaltet, so dass jederzeit Tests wiederholt und die Historie einzelner Testfälle ausgedruckt werden kann.

Das Problem dabei ist jedoch, dass die Automatisierungssysteme, je nachdem welche Anlage sie automatisieren sollen, unterschiedlich konfiguriert sind und demzufolge auch durch unterschiedliche Prozeduren getestet werden müssen. Die Lösung für dieses Problem basiert auf der Idee, die Funktionsspezifikation für das Automatisierungssystem zur Erzeugung der Testablaufpläne zu nutzen. Heutzutage wird bereits die Automatisierungssoftware z.B. für eine SPS zu einem großen Teil automatisiert erstellt [4]. Programme werden automatisch durch Instanzierung einmal erstellter Typicals erzeugt. Die Zuweisung, welches Programm auf welchem Typical basiert, wird durch eine Zuordnungsliste spezifiziert und in die SPS eingelesen. Auch die Zuordnung der E/A-Kanäle zu einzelnen Variablen erfolgt automatisiert durch Einlesen einer entsprechenden Liste.

Dieses Konzept soll nun auch für den Prüfstand verwendet werden, indem entsprechend Bild eins die Funktionsspezifikation nicht nur zur automatischen Codegenerierung der Automatisierungssoftware sondern auch zur Erzeugung der Testabläufe verwendet werden soll. Entsprechend werden im Prüfstand Testablauftypicals programmiert, die durch die Zuordnungslisten der Funktionsspezifikation konfiguriert und instanziert werden.

Dadurch muss der Prüfstand nicht für jedes Automatisierungssystem neu programmiert werden, sondern die ohnehin vorhandene Funktionsspezifikation erzeugt die Testsoftware weitgehend selbst.

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