Einsatz standardisierter Steuerungssysteme im ... - RDB eV

Automatisierung
und Echtzeitfähigkeit ist einer der kritischsten
Punkte bei der Auswahl eines Betriebssystems.
Ein Multi-Tasking-Betriebssystem
wie Windows hat den Vorteil eines
weltweiten Standards mit einer riesigen
Auswahl darauf lauffähiger Programme, ist
aber weder echtzeitfähig noch absturzsicher.
Dezidierte Echtzeitsysteme dagegen
garantieren zwar kürzeste Reaktionszeiten,
sind aber nicht standardisiert.
In den Automatisierungssystemen von
Becker Mining Systems wurde dieser Widerspruch
durch das unabhängig vom Betriebssystem
arbeitende Echtzeitsystem
ProConOS gelöst: Echtzeitkritische Tasks,
insbesondere das Steuerungsprogramm,
erhalten mit höchster Priorität die Prozessorzeit
zugeteilt. Die verbleibende Prozessorzeit
wird an Windows und damit an die
nieder prioren Tasks abgegeben.
Die Zeit, die den Anwendungstasks zugestanden
wird (und die von der Echtzeit
ab geht), ist außerdem einstellbar. Damit
kann im Zweifelsfall die gesamte Rechenzeit
dem Steuerungsprogramm zur Verfügung
gestellt werden. Der Echtzeitkernel
von ProConOS hat einen weiteren Vorteil.
Da er unabhängig von Windows auf die
Hardware zugreift, ist er vom Betriebssystem
unabhängig. Selbst bei Absturz von
Windows („Blue Screen“) läuft die Steuerung
und der Echtzeitkernel weiter. Nur die
anderen (nicht zeitkritischen) Anwendungstasks
(also z.B. Visualisierung), die auf
Windows zugreifen, laufen nicht, bis das
Betriebssystem neu gebootet wurde.
Programmierung nach
internationalem Standard
Speicherprogrammierbare Steuerungen
sind seit den 1970er Jahren entstanden.
Im Gegensatz zur PC-Welt, wo sich
sowohl auf der Seite der Hardware als
auch auf der Seite der Software Standards
herausgebildet haben, ist die SPS-Welt
sehr heterogen und von vielen firmenspezifischen
Lösungen gekennzeichnet.
Dieses für den Anwender gravierende
Manko wurde durch eine internationale
Norm, die IEC 61131 beseitigt. Sie wurde
1993 veröffentlicht und besteht aus 5 Teilen.
Die Einzelheiten der Programmierung
werden in Teil 3 definiert. Die Norm definiert
5 Programmiersprachen: textliche Programmierung
als Instruction List (IL) oder
strukturiertem Text (ST), graphische Programmierung
in Ladder Diagramm (LD)
oder Function Block Diagramm sowie die
Ablaufprogrammierung als Sequential Function
Chart (SFC).
Die aus Anwendersicht wichtigsten Vorteile
der normgerechten Programmierung
sind die Objektorientierung sowie die Herstellerunabhängigkeit.
Die objektorientierte
Programmierung stellt das aktuelle Programmierparadigma
dar, das die Erstellung
komplexer Programme in modularer
und wieder verwendbarer Form ermöglicht.
Durch die Herstellerunabhängigkeit
wird die Einarbeitung in unterschiedliche
Programmiersprachen und -systeme vermieden.
Die einmal aufgebauten Kenntnisse
können genau so wie die erstellten Programmmodule
auf andere Systeme übertragen
werden.
MINING MASTER
Der MINING MASTER ist ein sehr leistungsfähiges
PC-basiertes schlagwettergeschütztes
Automatisierungsgerät für den
untertägigen Steinkohlebergbau. In einem
druckfesten Gehäuse befinden sich ein
Baugruppenträger mit dem Rückwandbus,
über den die unterschiedlichen Steckbaugruppen
verbunden werden, sowie ein
VGA-Display.
Im eigensicheren Gehäuse sind die Peripherieschnittstellen
zum Anschluss von
Feldbussen untergebracht. Der Gehäusedeckel
enthält als Bedienelemente eine robuste
Funktionstastatur, eine Joystick-Maus
sowie diskrete Schalter und Taster.
Die zentrale Baugruppe des MINING
MASTER bildet die CPU-Baugruppe mit einem
Pentium-Prozessor. Diese Baugruppe
enthält alle Komponenten, die für einen leistungsfähigen
PC erforderlich sind.
Die Kommunikationsbaugruppe unterstützt
bis zu 8 Feldbusse. Diese können
wahlweise als PROMOS-Ast, BETACON-
TROL-Fernbus, BETACONTROL-Feldbus,
oder als DUST-Schnittstelle konfiguriert
werden.
Über weitere Baugruppen sind 4 Profibus-Schnittstellen
realisierbar. Die Standard-Schnittstelle
des MINING MASTER
bildet Ethernet mit einer TCP/IP-Kommunikation.
Durch den Einsatz des VGA-Displays,
einer Joystick-Maus und der Funktionstastatur
stellt der MINING MASTER eine vollwertige,
interaktive PC-Bedienoberfläche
zur Verfügung.
Die Versorgung des Automatisierungsrechners
erfolgt über bis zu 3 Stromversorgungen,
davon 2 für den eigensicheren
Bereich und eine für den druckfesten Bereich.
Die unterstützten Spannungspegel sind
primärseitig 42VAC, 230VAC oder 108VDC
und sekundärseitig 12VDC und 5VDC.
MINCOS MMC
Der Leistungsumfang und die Leistungsvielfalt
des MINING MASTER werden in
kleinen und mittleren Automatisierungsaufgaben
nicht immer benötigt. Diese Anwendungsfälle
deckt der MINCOS MMC
(MINING MASTER COMPACT) ab (Bild 1).
Es ist ein IPC-basiertes kompaktes Gerät
für mittlere Automatisierungsaufgaben wie
z.B. die Steuerung von Häspeln, Bändern,
Pumpen, Weichen oder Baustoffvorortanlagen.
In einem kompakten Gehäuse von 260
x 358 x 188 mm sind alle für den Betrieb
nötigen Komponenten untergebracht. Der
obere, druckfest gekapselte Raum (d-
Raum) enthält die Stromversorgung, die
Prozessorbaugruppe, die Kommunikationsbaugruppen
und ein graphisches Display.
Die gesamte Anschlusstechnik für
die Vernetzung, den Feldbusanschluss sowie
Touchpad und Folientastatur ist im unteren,
eigensicheren Raum untergebracht
(i-Raum).
Zum Anschluss von Sensoren, Aktoren,
NF-Sprechgeräten und Sicherheitskomponenten
stehen 2 Feldbusanschlüsse zur
Verfügung. Jeder Feldbus kann entweder
als PROMOS-Ast oder als BETACON-
TROL-BTS ausgeführt sein, wodurch die
gesamte Palette der Feldgeräte von
Becker Mining Systems anschließbar ist.
Die NF-Sprechschnittstelle der Feldbusse
kann separat ausgekoppelt und mit anderen
Sprechanlagen verbunden werden.
Die an sich getrennten Sicherheitskreise
der beiden Feldbusse können für bestimmte
Aufgaben bidirektional gekoppelt werden.
Die Benutzerschnittstelle besteht aus einem
graphischen TFT-Display mit VGA-
Auflösung (640 x 480 Punkte), einer Touchpad-Maus
sowie robusten Folientasten für
Betriebsarten-, Funktions- und Navigationseingaben.
Mit dieser Hardware-Ausstattung und
den darauf aufbauenden Software-Tools
lassen sich komfortable, intuitiv verständliche
Benutzerschnittstellen für jede Anwendung
verwirklichen.
Die Vernetzung von MINCOS MMC
über größere Entfernungen wird mit Hilfe
einer LWL-Ethernet-Verbindung realisiert.
Über diese standardisierten und hoch performanten
Verbindungen können mehrere
MINCOS MMC-Geräte untereinander vernetzt,
mit anderen Steuerungssystemen
verbunden oder die Informationsanbindung
nach Übertage hergestellt werden.
Auch die Ankopplung von Fremdsystemen
ist über die beiden FSK-Profibus-Schnittstellen
kein Problem.
Die im Gerät integrierte Stromversorgung
stellt 3 eigensichere Spannungen mit
einem Pegel von 12 VDC zur Verfügung.
Eine speist die internen Komponenten von
MINCOS MMC. Die beiden anderen fernversorgen
die externen Komponenten, die
an den beiden Feldbussen angeschlossen
sind.
Einsatzerfahrungen
Zur Überprüfung der Praxistauglichkeit
der neuen Steuerung und zur Ermittlung
392 bergbau 9/2007