Skalierbare Hardware So sichert wiederverwendbare Software Investitionen und Know-how im Maschinenbau

Autor / Redakteur: Walter Burgstaller / Wolfgang Leppert

Automatisierungssoftware muss sich heute schnell und zuverlässig den vielfältigen Kundenanforderungen anpassen. In klassischen Automatisierungslösungen wird das entsprechende Projekt einfach auf die Hardware übertragen. Dies erfolgt für die Steuerung, Visualisierung und Antriebstechnik jeweils mit unterschiedlichen Programmiertools. Gilt es noch zusätzliche Kundenoptionen zu berücksichtigen, wird der Prozess komplex und fehleranfällig.

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Der modulare Aufbau des X20-Systems erlaubt eine optimale Abstimmung des I/O-Umfangs mit dem nötigen Funktionsspektrum
Der modulare Aufbau des X20-Systems erlaubt eine optimale Abstimmung des I/O-Umfangs mit dem nötigen Funktionsspektrum
( Archiv: Vogel Business Media )

Einige Automatisierungslieferanten schlagen vor, die gesamte Software mit allen Optionen auf die Steuerung zu übertragen und nur jene Optionen zu aktivieren, die der Kunde tatsächlich benötigt. Je nach Maschinenstruktur mag diese Lösung auch durchaus praktikabel sein. Doch ist dieses Vorgehen zwar für den Steuerungslieferanten sehr bequem, der Maschinenbauer jedoch hat hier das Nachsehen: Die gesamte Software bedeutet auch immer eine teure Steuerung. Details wie etwa die I/O-Rangierung werden hierbei entweder gar nicht oder nur halbherzig berücksichtigt. Und den Aufwand sowie die Kosten trägt allein der Maschinenbauer.

Eine wesentliche Voraussetzung, die Anforderungen des Maschinenbauers zu verstehen, ist die genaue Kenntnis der Maschinenstruktur. Hier bietet sich ein Vergleich mit der Automobilindustrie an: Deren Angebot gliedert sich — vereinfacht — hier in Klein-, Mittelklasse- und Luxuswagen. Um konkurrenzfähig zu sein, müssen Hersteller in jeder Klasse das Einstiegspaket mit einer attraktiven Ausstattung zu einem marktüblichen Preis anbieten. Die Ausstattung kann dabei optional gegen Aufpreise flexibel an die Kundenwünsche angepasst werden. Überträgt man dieses Beispiel auf den Maschinenbau, so lassen sich drei verschiedene Maschinentypen am Markt kategorisieren: eine Economy- (kurz Eco), eine Medium Range- (Med) sowie eine High End-Maschine (High).

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Das bedeutet für die Automatisierung, dass die Basissoftware für alle Maschinentypen — von Eco bis High — immer gleich sein muss; denn bestimmte Grundfunktionen wie etwa Maschinenlogik, Rezeptverwaltung, Alarmbehandlung oder Remote-Anbindung usw. sind für alle Maschinentypen identisch. Eine einmal getestete Funktion ist somit für alle Maschinenvarianten zuverlässig verfügbar, und die Funktions- und Bedienphilosophie bleibt immer gleich. Die Unterscheidung zwischen Eco, Med und High erfolgt dabei typischerweise durch die Displaygröße, Produktionsgeschwindigkeit, Maschinengröße sowie den verfügbaren Funktionsumfang.

Zwei generelle Steuerungsvarianten beeinflussen die Kosten

Bei der Suche nach der richtigen Steuerung sind grundsätzlich zwei Varianten möglich: Während die Erste immer nur einen einzigen Steuerungstyp für sämtliche Maschinenausführungen verwendet, kommt bei der zweiten Variante je nach Maschinentyp jene Steuerung zum Einsatz, die den Maschinenanforderungen am besten entspricht. Klar ist, dass der Maschinenbauer bei Variante eins zwangsläufig immer den Preis für eine High-End-Maschine bezahlt, die ja die Messlatte vorgibt. Einsparungen können lediglich in der Wahl des I/O-Umfanges realisiert werden.

Durch die optimale Anpassung der Automatisierungs-Technologie bei Variante zwei profitiert der Maschinenbauer hingegen von deutlichen Kosteneinsparungen sowie höchster Wirtschaftlichkeit. Er bezahlt nur für die Leistung, die er auch tatsächlich benötigt. Was hier äußerst sinnvoll klingt, erweist sich in der Praxis jedoch als wenig akzeptiert, da handelsübliche Steuerungen aufgrund des hohen Wartungsaufwands nicht einfach zu verwalten sind — ein deutlicher Hemmschuh für den Maschinenbau.

Skalierbarkeit schafft Kostenvorteil

Mit skalierbaren Lösungen deckt B&R die gesamte Bandbreite an Maschinenbau-Anforderungen ab — erklärbar wiederum anhand der drei bereits genannten Maschinentypen. Um konkurrenzfähig zu bleiben, darf eine Economy-Maschine ein bestimmtes Preisniveau nicht überschreiten. Tatsächlich benötigt sie jedoch eine vergleichbare Performance und einen ähnlichen Funktionsumfang wie die so genannte Med. Unterschiede finden sich in der Displaygröße sowie der Anzahl an Zusatzfunktionen. Damit die Kosten möglichst gering gehalten werden, wird für die Eco eine kompakte Steuerung mit integriertem 5,7“ Display gewählt. Die Med verwendet hingegen eine PC-basierte Steuerung mit integriertem 10,4“ Display. Die High End-Maschine verfügt über eine PC-Steuerung mit Windows XP und einem abgesetzten 19“-Touch Display.

Autor Walter Burgstaller ist seit 2005 bei B&R als International Sales Manager für Italien verantwortlich (Archiv: Vogel Business Media)

Entscheidend ist nun der Einsatz unterschiedlicher Technologien, die eine Skalierung und damit Preisoptimierung sowie angepasste Performance innerhalb der Maschinenklassen erlauben. Unterstützt wird die optimale Skalierung durch einen so genannten Compiler. Dieser kompiliert den Sourcecode zuerst in eine Intermediate Language (IML), die anschließend wiederum in einen Maschinencode (die so genannte Prozessorsprache) umgewandelt wird. Dieser entscheidende Schritt ermöglicht es, ein und denselben Sourcecode auf die verschiedenen Steuerungstechnologien der Maschinen zu übertragen.

Warum aber kann nicht generell eine PC-basierende Steuerung verwendet werden? Jede PC-basierende Steuerung hat nach unten eine natürliche Preis-Widerstandskurve. Es gibt also einen Minimum-Preislevel, der nur mit anderen Prozessor-Technologien durchbrochen werden kann.

Investitionssicherheit durch Wiederverwendbarkeit

Der Einsatz der IML ermöglicht es, eine Software für unterschiedliche Steuerungstechnologien zu verwenden und darüber hinaus über Steuerungsgenerationen hinweg zu nutzen. Besonders für die Total Cost of Ownership dies von großer Bedeutung. Bei gewöhnlichen Steuerungslösungen kann die bestehende Software nicht wiederverwendet werden. Die gesamte Software muss neu geschrieben und getestet werden. Zusätzlich besteht die Notwendigkeit, im Unternehmen weiterhin Ressourcen für die Wartung der alten Software zu binden. B&R ermöglicht hingegen, eine einmal erstellte Software über Steuerungsgenerationen hinweg wiederzuverwenden. Neu erstellte Funktionsbausteine werden dabei sogar in die alte Steuerung integriert, man spricht hier von Rückwärtskompatibilität. Der Maschinenbauer profitiert bei dieser Lösung von einem Höchstmaß an Investitionssicherheit und kann darüber hinaus einmal erworbenes Know-how langfristig sichern.

Schnellste Zykluszeiten für alle Maschinentypen

Das Echtzeit-Multitasking-Betriebssystem von B&R garantiert, dass eine einmal getestete Maschinenfunktion in der gleichen Zeiteinheit auf der Eco, Med sowie High läuft. Die erforderlichen Zeiteinheiten der Maschinenfunktionen werden direkt im Automation Studio abgebildet. Das heißt konkret: Eine Achsregelung oder Achssynchronisierung soll zum Beispiel im Mikrosekunden-Bereich, die Maschinenlogik im Millisekunden-Bereich, ein Temperaturregler hingegen im 100 Millisekunden-Bereich ablaufen. Andere administrative Funktionen wie Rezeptverwaltung werden in der Restzeit abgearbeitet.

Einmal getestete Funktionen erfüllen auf allen Maschinentypen das gleiche Verhalten. Zur Laufzeit wird garantiert, dass diese Zeiteinheiten eingehalten werden — unabhängig von der gewählten Steuerung. Das spart Zeit bei der Integration und muss bei der Betrachtung der Total Cost of Ownership berücksichtigt werden. Neuentwicklungen können damit schneller am Markt eingeführt werden.

Für jede Maschine das passende Softwarepaket

Eingehende Aufträge zur Maschinenproduktion werden ins ERP-System eingegeben. Dabei werden alle relevanten Daten vom Maschinentyp bis zu den bestellten Optionen erfasst. Im Zuge der Produktion gilt es nun, die richtige Software mit dem bestellten Funktionsumfang schnell und fehlerlos zu installieren. Dies wird durch einen Datenaustausch zwischen ERP System und Automation Studio ermöglicht. Das ERP System hinterlegt, welche Softwarepakete für welchen Maschinentyp benötigt werden. Je nach bestellten Optionen werden die entsprechenden Optionspakete hinzugefügt. Das integrierte I/O-Mapping im B&R-Echzeit-Betriebssystem erlaubt nach IEC-Norm die Zuweisung von Variablen und dem physikalischen Ein- oder Ausgang der Steuerung. Die Zuweisungsliste kann mit ePlan ausgetauscht werden. Das Aufspielen der Software erfolgt meist direkt über LAN. Ein besonderes Tool ermöglicht, dass die Steuerung die Software über LAN von einem Server beziehen kann.

Alle Softwareteile und Parameter werden bei B&R auf nur einem Massenspeicher, typischerweise einer Compact Flash, hinterlegt. Geht die Maschine in Betrieb, so werden alle notwendigen Softwareteile (Firmware) und Parameter automatisch auf die am Bus angeschlossenen Automatisierungskomponenten verteilt. Dieses Vorgehen ermöglicht es zu jeder Zeit einen Hardwaretausch vorzunehmen, ohne die Maschine dabei stoppen zu müssen. Selbst komplexere Geräte wie beispielsweise Servoumrichter können auf diese Weise einfach ausgewechselt werden.

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