Einleitung

Unter dem allgemeinen Rationalisierungsdruck hat die Mikroprozessortechnik in allen Bereichen der Maschinensteuerung Einzug gehalten. Die Methoden der Prozeßkontrolle wurden genauer, anspruchsvoller und vielfältiger. Manche Firmen haben bereits beträchtliche Summen aufgebracht um auf dieses Niveau zu kommen und der Fachmann kämpft seither mit dem Problem technisch auf dem Laufenden zu bleiben. Für einige Firmen wird der verschärfte Wettbewerb zu unerträglich hohen Kosten führen, welcher bis zur Aufgabe führen kann. Dieser Ausleseprozeß hat bereits vor Jahren begonnen und wird mit ziemlicher Wahrscheinlichkeit noch einige Jahre anhalten und nur Betriebe mit gutem Maschinenpark und effektiver Logistik haben eine Überlebenschance. Es braucht keiner besonderen Erwähnung, daß kapitalstarke Konzerne dabei bessere Möglichkeiten haben als Einzelbetriebe, welche diesen Mangel durch mehr Flexibilität und bessere Ideen ausgleichen müssen. In jedem Fall aber müssen sich die Investitionen amortisieren und man kann sich keine Fehlinvestitionen leisten. Dies bedarf einer sorgfältigen und ausgewogen Langzeitplanung des Maschinenparks und der elektronischen Einrichtungen damit sich die Investitionen sinnvoll nutzen lassen. Inkompatibilität schaden der optimalen Nutzung und verursachen darüber hinaus zusätzliche Kosten.

Es gibt genügend Veröffentlichungen zu diesem Thema, jedoch wurde bisher nur wenig davon in die Praxis umgesetzt. Die europäische Maschinenindustrie muß sich ihrer Verantwortung bewußt sein, welche sie für Ihre Kunden übernommen hat. Wettbewerbsvorteile haben unbestritten Firmen, die ihren Kunden Maschinen anbieten können, welche zueinander passen bzw. welche zu bestehenden Linien problemlos hinzugefügt werden können. Ausländische Anbieter haben sich bisher wenig darum gekümmert, ob ihre Maschinen diese Kriterien erfüllen. Damit aber schadet man nicht nur dem Kunden sondern letztlich auch sich selbst.

Die gebräuchliche Abkürzung CIM für Computer Integrated Manufactoring wird außerdem unterschiedlich interpretiert und nicht immer korrekt verstanden. Zu allem Unglück haben es die Computerhersteller unterlassen die nötige Aufklärungsarbeit zu leisten, vorallem in Hinblick auf die Investitionssicherung. Ob dies mit Absicht passiert, um sich das Folgegeschäft zu sichern oder ob dies einfach aus Ignoranz geschieht, sei dahingestellt, jedenfalls werden oft falsche Versprechungen gemacht. Unverantwortlich ist es, wenn Phrasen dazu herhalten müssen um mangelnde Eigenschaften bezüglich eines offenen Konzeptes zu verschleiern.

Die europäische Kommission hat EUROSINET, als Interessenverband für offene Systeme, zur Mitarbeit im Rahmen des Ephos-Projektes gewinnen können. Dort besteht die Möglichkeit Orientierungshilfen bei der Beschaffung Offener Systeme zu erhalten. Ausgangspunkt für das Ephos-Projekt ist ein Beschluß der EG-Kommission aus dem Jahre 1987, daß für die nationale Verwaltung der EG-Länder nur Offene Systemen eingesetzt werden dürfen. Angesichts des stetigen Fortschritts und des schnellen Wandels sollte man in der Automatisierungstechnik generell auf Standards setzen um die Investitionen für die Zukunft zu sichern.

Komplexe Computersysteme, welche im Betrieb sowohl die administrativen als auch die technischen Bereiche abzudecken vermögen, sind entsprechend kompliziert. Man benötigt viel Know How, da jeder Bereich seinen Teil zur Gesamtfunktionalität beitragen muß. Deshalb bevorzugt man Insellösungen und überläßt die große Aufgabe - alles zu einem Ganzen zu verbinden - dem Kunden. Aus diesem Grund ist es mehr als fraglich, ob ein solches System verschiedener Konzepte, welches dazu aus Komponenten mehrerer Hersteller stammt, funktionieren wird. Das Problem kann nur dadurch gelöst werden, daß alle Zulieferer standardisierte Schnittstellen verwenden und sich an ein einheitliches Organisationsschema halten. Es ist einfach falsch, wenn behauptet wird, daß der Einsatz von UNIX als Betriebssystem die Kompatibilität garantiert. Viel wichtiger als das Betriebssystem sind ein einheitliches Netzwerk und gemeinsame Datenbereiche für alle Benutzer. Zur Zeit und wohl auch in der Zukunft wird Ethernet die wichtigste Rolle bei den Netzwerken spielen.

Auf unterster Ebene im Netzverbund stehen die Prozeßsteuerungen. Hier ist die Vielfalt der Schnittstellen und Prozeduren besonders groß und unübersichtlich. Derzeit ist der Profibus das erste Bussystem. Es bleibt abzuwarten ob sich der CAN-Bus, welcher vorallem in der Automobilindustrie dominiert, sich dagegen durchsetzen kann.

Konzept

Um die Maschinenbauer bei der Entwicklung von Offenen Systemen zu unterstützen, bietet SEPA eine Reihe von Werkzeugen an. Diese Werkzeuge bestehen aus Hardware, Software und Orgware. Dabei wurde besonderer Wert darauf gelegt, daß für einfache Applikationen Hardware durch Software ersetzt werden kann. Umgekehrt jedoch muß Software durch intelligente Hardware ersetzbar sein, wenn der Aufwand für Änderungen an bestehender Software zu groß werden würde.

Das Resultat dieser Bemühungen heiß IGPL. Die Abkürzung steht für „Interactive Graphical Programming Language“ und stellt sowohl den Programmcode als auch eine grafische Oberfläche für Prozeßleitsysteme dar. Der für die Programmierung verwendete Code ist sehr einfach gehalten und wurde mit Hinblick auf eine einfache Interpretation in speicherprogrammierbaren Steuerungen entwickelt. Last not Least bieten wir auch einen speziellen Multiplexer an, welcher diesen Code benutzt und ihn in das Protokoll der jeweiligen SPS-Steuerung umzusetzen vermag. Wir möchten mit dieser Entwicklung dazu beitragen, daß der Kunde seine Entscheidung für eine Maschine, von deren Leistungsfähigkeit und nicht von der dazu lieferbaren Steuerung abhängig machen muß. Der Umstieg auf IGPL bedingt dabei keine Veränderung der Steuerungskonzepte.

Werkzeuge

Hardware

Der MAXIMUX ist ein Datenmultiplexer, der - je nach Ausbaustufe - bis zu 128 Kanäle bedienen kann. Sein Herz ist ein 32/16 Bit Mikroprozessor, welcher über den VME-Bus mehrere Slaveprozessoren dirigieren kann. Diese Konfiguration erlaubt sehr hohe Datentransferraten. Die Firmware ist voll verpromt, daher ist der Overhead des Betriebssystem minimal. Die Verbindung zum Host ist sehr flexibel über eine Vielzahl von Schnittstellenprotokollen zu realisieren, selbstverständlich ist auch ein Ethernet-Interface vorhanden.

Netzwerke

Einfache Steuerungen müssen in der Regel sternförmig angeschlossen werden. Steuerungen mit Busschnittstellen können als Slave oder Master fungieren. Über weitere Ethernetanschlüsse können weitere Multiplexer angeschlossen werden, ohne daß dadurch das hostseitige Netz zusätzlich belastet mit. Die Zeichnungen im Anhang sollen die Struktur der möglichen Netzarten verdeutlichen.

Interfaces

Neben dem Hostinterface sind eine Reihe von Hard- und Softwareschnittstellen verfügbar. Die auffälligste Eigenschaft ist, daß verschiedene Protokolle (synchroner und asynchroner Echo- und Blockmode) nebeneinander gefahren werden können. Einfache Steuerungen benutzen oft den schwierig zu handhabenden asynchronen Echomodus, welcher vom Rechner eine hohe Interruptleistung verlangt Dieses Protokoll kann vom MAXIMUX autonom abgehandelt werden, ohne daß der Host großartig belastet wird, gleichzeitig kann auch eine weitergehende Datenkonvertierung vorgenommen werden. Weitere mögliche Protokolle sind Bitbus, Profibus und andere synchrone Blockmodeprotokolle. Darüber hinaus sind Softwareschnittstellen zur Datenaufbereitung (z.B. Datenlogger) vorhanden.

System Software

Alle Software ist komplett verpromt, d.h. nach einem Powerup, welches nur wenige Sekunden benötigt - steht der Rechner sofort voll für seine Aufgaben zur Verfügung und die Daten können auch nicht - wie bei plattenorientierten Systemen möglich - beschädigt werden.

Datensicherheit

Die Software ist auf einen Echtzeit-Multitaskingkern aufgesetzt. Mehrere Benutzer können gleichzeitig Daten abfragen. Die Daten können außerdem gegen unbefugten Zugriff verschlüsselt werden.

Programmiersprache

Die Programmierung der Batchprogramme erfolgt über ein grafisches Interface. Der Ablauf wird in Form von Vektoren definiert, welche die einzelnen Regelkanäle darstellen. Unter einem Regelkanal versteht man eine einer Elementarfunktion zugeordnete Regelgröße. Es gibt eine begrenzte Anzahl von Regelkanälen, welche jeweils durch eine physikalische Größe und Einheit beschreibbar sein müssen und unter logischen Namen hinterlegt sind. Regelkanäle können sowohl Programm als auch Rezeptteile darstellen. Die Verwendung der logischen Namen ist für die Wandlung des Metacodes und zur Darstellung relevant. Intern erfolgt der Verweis auf einem Regelkanal durch den Index auf das Feld der verwendeten Regelkanäle. Jedes Feldelement besitzt eine feste Struktur. Ein Regelkanal wird durch ein Übersetzungsprogramm, anhand hinterlegter Regeln, in den Maschinencode der angeschlossenen Steuerung übersetzt. Das Übersetzen des Metacodes erfolgt als Verfahren, als Modul oder schrittweise, entsprechend den Möglichkeiten der Steuerung. Ein Programm, einmal erstellt, kann dann auf verschiedenen Steuerungstypen ausgeführt werden.

Orgware

SEPA liefert im Rahmen eines Beratungsvertrags, neben allen technischen Unterlagen (Schaltpläne, Software im Quellcode und Dokumentation) auch die Unterstützung für die Entwicklungsteams, welche die Umsetzung des Konzeptes im Unternehmen vornehmen.

Literaturhinweise

CIM, der computergesteuerte Industriebetrieb, Springer-Verlag, ISBN 3-540-52158-5

Digital Industrial Network Guidebook, Order number EB-31782-70, by Digital Equipment

CIM in der Textilveredlung, SEPA GmbH, Metzingen (1989)

Graphical process description - the path to standardization, Melliand E275 (1990)

Fabrikplanung Band 1 - 3, Hanser-Verlag, ISBN-3-540-51225-X

CIM-Integration und Vernetzung, Springer-Verlag, ISBN 3-540-51828-2

Kommunikation offener Systeme, DIN ISO 8073

Feldbus für die Textilindustrie, VDI-TXB, Melliand 71 (1990)

OECD economic Outlook, IMU 881235 (1991)

Die Programmiersprache IGPL, SEPA GmbH, Metzingen (1990)

	Ausgabe Juli 2001
Interoperable Systeme in der Prozeßautomation
Einleitung Unter dem allgemeinen Rationalisierungsdruck hat die Mikroprozessortechnik in allen Bereichen der Maschinensteuerung Einzug gehalten. Die Methoden der Prozeßkontrolle wurden genauer, anspruchsvoller und vielfältiger. Manche Firmen haben bereits beträchtliche Summen aufgebracht um auf dieses Niveau zu kommen und der Fachmann kämpft seither mit dem Problem technisch auf dem Laufenden zu bleiben. Für einige Firmen wird der verschärfte Wettbewerb zu unerträglich hohen Kosten führen, welcher bis zur Aufgabe führen kann. Dieser Ausleseprozeß hat bereits vor Jahren begonnen und wird mit ziemlicher Wahrscheinlichkeit noch einige Jahre anhalten und nur Betriebe mit gutem Maschinenpark und effektiver Logistik haben eine Überlebenschance. Es braucht keiner besonderen Erwähnung, daß kapitalstarke Konzerne dabei bessere Möglichkeiten haben als Einzelbetriebe, welche diesen Mangel durch mehr Flexibilität und bessere Ideen ausgleichen müssen. In jedem Fall aber müssen sich die Investitionen amortisieren und man kann sich keine Fehlinvestitionen leisten. Dies bedarf einer sorgfältigen und ausgewogen Langzeitplanung des Maschinenparks und der elektronischen Einrichtungen damit sich die Investitionen sinnvoll nutzen lassen. Inkompatibilität schaden der optimalen Nutzung und verursachen darüber hinaus zusätzliche Kosten. Es gibt genügend Veröffentlichungen zu diesem Thema, jedoch wurde bisher nur wenig davon in die Praxis umgesetzt. Die europäische Maschinenindustrie muß sich ihrer Verantwortung bewußt sein, welche sie für Ihre Kunden übernommen hat. Wettbewerbsvorteile haben unbestritten Firmen, die ihren Kunden Maschinen anbieten können, welche zueinander passen bzw. welche zu bestehenden Linien problemlos hinzugefügt werden können. Ausländische Anbieter haben sich bisher wenig darum gekümmert, ob ihre Maschinen diese Kriterien erfüllen. Damit aber schadet man nicht nur dem Kunden sondern letztlich auch sich selbst. Die gebräuchliche Abkürzung CIM für Computer Integrated Manufactoring wird außerdem unterschiedlich interpretiert und nicht immer korrekt verstanden. Zu allem Unglück haben es die Computerhersteller unterlassen die nötige Aufklärungsarbeit zu leisten, vorallem in Hinblick auf die Investitionssicherung. Ob dies mit Absicht passiert, um sich das Folgegeschäft zu sichern oder ob dies einfach aus Ignoranz geschieht, sei dahingestellt, jedenfalls werden oft falsche Versprechungen gemacht. Unverantwortlich ist es, wenn Phrasen dazu herhalten müssen um mangelnde Eigenschaften bezüglich eines offenen Konzeptes zu verschleiern. Die europäische Kommission hat EUROSINET, als Interessenverband für offene Systeme, zur Mitarbeit im Rahmen des Ephos-Projektes gewinnen können. Dort besteht die Möglichkeit Orientierungshilfen bei der Beschaffung Offener Systeme zu erhalten. Ausgangspunkt für das Ephos-Projekt ist ein Beschluß der EG-Kommission aus dem Jahre 1987, daß für die nationale Verwaltung der EG-Länder nur Offene Systemen eingesetzt werden dürfen. Angesichts des stetigen Fortschritts und des schnellen Wandels sollte man in der Automatisierungstechnik generell auf Standards setzen um die Investitionen für die Zukunft zu sichern. Komplexe Computersysteme, welche im Betrieb sowohl die administrativen als auch die technischen Bereiche abzudecken vermögen, sind entsprechend kompliziert. Man benötigt viel Know How, da jeder Bereich seinen Teil zur Gesamtfunktionalität beitragen muß. Deshalb bevorzugt man Insellösungen und überläßt die große Aufgabe - alles zu einem Ganzen zu verbinden - dem Kunden. Aus diesem Grund ist es mehr als fraglich, ob ein solches System verschiedener Konzepte, welches dazu aus Komponenten mehrerer Hersteller stammt, funktionieren wird. Das Problem kann nur dadurch gelöst werden, daß alle Zulieferer standardisierte Schnittstellen verwenden und sich an ein einheitliches Organisationsschema halten. Es ist einfach falsch, wenn behauptet wird, daß der Einsatz von UNIX als Betriebssystem die Kompatibilität garantiert. Viel wichtiger als das Betriebssystem sind ein einheitliches Netzwerk und gemeinsame Datenbereiche für alle Benutzer. Zur Zeit und wohl auch in der Zukunft wird Ethernet die wichtigste Rolle bei den Netzwerken spielen. Auf unterster Ebene im Netzverbund stehen die Prozeßsteuerungen. Hier ist die Vielfalt der Schnittstellen und Prozeduren besonders groß und unübersichtlich. Derzeit ist der Profibus das erste Bussystem. Es bleibt abzuwarten ob sich der CAN-Bus, welcher vorallem in der Automobilindustrie dominiert, sich dagegen durchsetzen kann. Konzept Um die Maschinenbauer bei der Entwicklung von Offenen Systemen zu unterstützen, bietet SEPA eine Reihe von Werkzeugen an. Diese Werkzeuge bestehen aus Hardware, Software und Orgware. Dabei wurde besonderer Wert darauf gelegt, daß für einfache Applikationen Hardware durch Software ersetzt werden kann. Umgekehrt jedoch muß Software durch intelligente Hardware ersetzbar sein, wenn der Aufwand für Änderungen an bestehender Software zu groß werden würde. Das Resultat dieser Bemühungen heiß IGPL. Die Abkürzung steht für „Interactive Graphical Programming Language“ und stellt sowohl den Programmcode als auch eine grafische Oberfläche für Prozeßleitsysteme dar. Der für die Programmierung verwendete Code ist sehr einfach gehalten und wurde mit Hinblick auf eine einfache Interpretation in speicherprogrammierbaren Steuerungen entwickelt. Last not Least bieten wir auch einen speziellen Multiplexer an, welcher diesen Code benutzt und ihn in das Protokoll der jeweiligen SPS-Steuerung umzusetzen vermag. Wir möchten mit dieser Entwicklung dazu beitragen, daß der Kunde seine Entscheidung für eine Maschine, von deren Leistungsfähigkeit und nicht von der dazu lieferbaren Steuerung abhängig machen muß. Der Umstieg auf IGPL bedingt dabei keine Veränderung der Steuerungskonzepte. Werkzeuge Hardware Der MAXIMUX ist ein Datenmultiplexer, der - je nach Ausbaustufe - bis zu 128 Kanäle bedienen kann. Sein Herz ist ein 32/16 Bit Mikroprozessor, welcher über den VME-Bus mehrere Slaveprozessoren dirigieren kann. Diese Konfiguration erlaubt sehr hohe Datentransferraten. Die Firmware ist voll verpromt, daher ist der Overhead des Betriebssystem minimal. Die Verbindung zum Host ist sehr flexibel über eine Vielzahl von Schnittstellenprotokollen zu realisieren, selbstverständlich ist auch ein Ethernet-Interface vorhanden. Netzwerke Einfache Steuerungen müssen in der Regel sternförmig angeschlossen werden. Steuerungen mit Busschnittstellen können als Slave oder Master fungieren. Über weitere Ethernetanschlüsse können weitere Multiplexer angeschlossen werden, ohne daß dadurch das hostseitige Netz zusätzlich belastet mit. Die Zeichnungen im Anhang sollen die Struktur der möglichen Netzarten verdeutlichen. Interfaces Neben dem Hostinterface sind eine Reihe von Hard- und Softwareschnittstellen verfügbar. Die auffälligste Eigenschaft ist, daß verschiedene Protokolle (synchroner und asynchroner Echo- und Blockmode) nebeneinander gefahren werden können. Einfache Steuerungen benutzen oft den schwierig zu handhabenden asynchronen Echomodus, welcher vom Rechner eine hohe Interruptleistung verlangt Dieses Protokoll kann vom MAXIMUX autonom abgehandelt werden, ohne daß der Host großartig belastet wird, gleichzeitig kann auch eine weitergehende Datenkonvertierung vorgenommen werden. Weitere mögliche Protokolle sind Bitbus, Profibus und andere synchrone Blockmodeprotokolle. Darüber hinaus sind Softwareschnittstellen zur Datenaufbereitung (z.B. Datenlogger) vorhanden. System Software Alle Software ist komplett verpromt, d.h. nach einem Powerup, welches nur wenige Sekunden benötigt - steht der Rechner sofort voll für seine Aufgaben zur Verfügung und die Daten können auch nicht - wie bei plattenorientierten Systemen möglich - beschädigt werden. Datensicherheit Die Software ist auf einen Echtzeit-Multitaskingkern aufgesetzt. Mehrere Benutzer können gleichzeitig Daten abfragen. Die Daten können außerdem gegen unbefugten Zugriff verschlüsselt werden. Programmiersprache Die Programmierung der Batchprogramme erfolgt über ein grafisches Interface. Der Ablauf wird in Form von Vektoren definiert, welche die einzelnen Regelkanäle darstellen. Unter einem Regelkanal versteht man eine einer Elementarfunktion zugeordnete Regelgröße. Es gibt eine begrenzte Anzahl von Regelkanälen, welche jeweils durch eine physikalische Größe und Einheit beschreibbar sein müssen und unter logischen Namen hinterlegt sind. Regelkanäle können sowohl Programm als auch Rezeptteile darstellen. Die Verwendung der logischen Namen ist für die Wandlung des Metacodes und zur Darstellung relevant. Intern erfolgt der Verweis auf einem Regelkanal durch den Index auf das Feld der verwendeten Regelkanäle. Jedes Feldelement besitzt eine feste Struktur. Ein Regelkanal wird durch ein Übersetzungsprogramm, anhand hinterlegter Regeln, in den Maschinencode der angeschlossenen Steuerung übersetzt. Das Übersetzen des Metacodes erfolgt als Verfahren, als Modul oder schrittweise, entsprechend den Möglichkeiten der Steuerung. Ein Programm, einmal erstellt, kann dann auf verschiedenen Steuerungstypen ausgeführt werden. Orgware SEPA liefert im Rahmen eines Beratungsvertrags, neben allen technischen Unterlagen (Schaltpläne, Software im Quellcode und Dokumentation) auch die Unterstützung für die Entwicklungsteams, welche die Umsetzung des Konzeptes im Unternehmen vornehmen. Literaturhinweise CIM, der computergesteuerte Industriebetrieb, Springer-Verlag, ISBN 3-540-52158-5 Digital Industrial Network Guidebook, Order number EB-31782-70, by Digital Equipment CIM in der Textilveredlung, SEPA GmbH, Metzingen (1989) Graphical process description - the path to standardization, Melliand E275 (1990) Fabrikplanung Band 1 - 3, Hanser-Verlag, ISBN-3-540-51225-X CIM-Integration und Vernetzung, Springer-Verlag, ISBN 3-540-51828-2 Kommunikation offener Systeme, DIN ISO 8073 Feldbus für die Textilindustrie, VDI-TXB, Melliand 71 (1990) OECD economic Outlook, IMU 881235 (1991) Die Programmiersprache IGPL, SEPA GmbH, Metzingen (1990)