atp edition Virtuelle inbetriebnahme von Transportsystemen (Vorschau)

6 / 2011

53. Jahrgang B3654

Oldenbourg Industrieverlag

Automatisierungstechnische Praxis

Virtuelle Inbetriebnahme

von Transportsystemen | 26

Inline-Check texturierter

Kunststoffoberflächen | 34

Holistic Workspace – Den Leitstand

der Zukunft gestalten! | 44

Tests von Feldgeräten mit

Profibus PA-3.02 | 52

editorial

Wie real ist die virtuelle

Inbetriebnahme?

Die „digitale Fabrik“ bietet Nutzungsmöglichkeiten über den gesamten Lebenszyklus

von Produkten und Anlagen. Die Automatisierungstechnik kann

dabei in vielerlei Hinsicht profitieren, etwa bei der Anforderungsermittlung,

beim modellbasierten Entwurf von Regelungen und Steuerungen, beim Test

oder bei der Fehlerdetektion und -diagnose. Beim Engineering automatisierter

Anlagen liegt es gedanklich nahe, die Automatisierungsfunktionen anhand

eines digitalen Modells der Anlage per Simulation zu testen, als „virtuelle

Inbetriebnahme“ (VIBN), um Fehler im vorangegangenen Entwicklungs- beziehungsweise

Engineeringprozess zu erkennen. Die methodischen Grundlagen

dafür sind inzwischen gelegt. Beispielsweise wurden am 13. Mai an der

TU Dresden die Ergebnisse des Verbundprojekts „OMSIS“ präsentiert: eine

durchgängige Werkzeugkette für eine integrierte Test-Simulationsumgebung,

welche die Teilaufgaben Simulation, Datenerfassung (Monitoring), Testfallgenerierung

und -ausführung sowie Systemanalyse und -diagnose erleichtert.

Virtuelle Anlagenmodelle werden auch in zwei Hauptbeiträgen dieser Ausgabe

der atp edition behandelt.

Welche Fehler bei der VIBN gefunden werden, hängt wesentlich davon ab, wie

„real“ das Modell ist, das heißt, welche Aspekte des Produktionsprozesses, speziell

der „Physik“, im Modell berücksichtigt werden. Bei fertigungstechnischen Prozessen

liegt die Grenze in der Praxis derzeit bei der Berücksichtigung von Massenträgheit,

Reibung und Schwingungen, bei verfahrenstechnischen Prozessen bei der

Abbildung der chemischen und energetischen Abläufe. Grundsätzlich könnten alle

diese Effekte mitmodelliert werden, dies bedeutet aber Aufwand. Dieser Aufwand

hinsichtlich Zeit und Kosten für die Erstellung des Simulationsmodells der Produktionsanlage

ist bislang das Haupthindernis für den systematischen Einsatz der

VIBN in der Anlagenplanung und -realisierung; daher ist die VIBN in der Praxis

noch nicht so „real“, wie es ihrem potenziellen Nutzen entspricht.

Wie können die Kosten für die Modellerstellung reduziert werden?

Prof. Dr.-Ing.

Alexander Fay,

Institut für Automatisierungstechnik,

Helmut-Schmidt-

Universität/Universität der

Bundeswehr Hamburg

Durch Nutzung von vorhandenen Modellen aus früheren Phasen

des Engineerings, etwa aus der Verfahrenstechnik- oder Materialflusssimulation?

Durch Mehrfachnutzung der Modelle in späteren Phasen, beispielsweise

für die Schulung der Anlagenfahrer, für Optimierung und

Diagnose?

Durch zumindest teilweise automatische Generierung der Modelle,

etwa aus Anlagenplanungsdaten?

Diesen Fragen wird im GMA-Fachausschuss 6.11 nachgegangen. Die Entwickler

von CAE-Systemen sind zur Mitarbeit eingeladen wie auch die Hersteller

von Anlagenkomponenten, die künftig die dazugehörigen Simulationsmodelle

zuliefern könnten, sobald es einen akzeptierten Standard gibt, mit dessen

Hilfe Modellbibliotheken angelegt und verbreitet werden können. Wer daran

mitarbeiten möchte, wende sich bitte an die GMA-Geschäftsstelle oder direkt

an den FA-Leiter, Prof. Schumann (reimar.schumann@fh-hannover.de) – damit

die VIBN bald reale Praxis wird!

atp edition

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3

SIL

Sprechstunde

3. SIL-Sprechstunde

Funktionale Sicherheit

15. + 16.9.2011, Mannheim, Pepperl+Fuchs GmbH

www.sil-sprechstunde.de

Veranstaltungskonzept

Thema

Sie fragen – Experten antworten!

Die SIL-Sprechstunde ist eine offene Dialogveranstaltung,

bei der Sie aufgefordert sind, Fragen und Themen

einzubringen. Diese werden im Expertenkreis diskutiert

oder in interaktiver Gruppenarbeit bearbeitet.

Kleinere Unternehmen bearbeiten oft Aufträge von großen

Anwendern, die in vollem Umfang die Erfüllung der

einschlägigen Sicherheitsnormen (z.B. Functional Safety

Management) einfordern.

Die 3. SIL-Sprechstunde behandelt den Themenbereich

Funktionale Sicherheit in kleinen und mittelständischen

Unternehmen – insbesondere rund um die

Umsetzung der EN 61508/61511.

Zielgruppe & Referenten

Diese SIL-Sprechstunde richtet sich besonders an kleine

und mittelgroße Unternehmen.

Die Veranstaltung wird von profilierten Experten aus

der Praxis moderiert und begleitet, die in renommierten

Unternehmen oder Institutionen tätig sind.

Nutzen Sie Ihre Chance!

Machen Sie die 3. SIL-Sprechstunde zu Ihrer

Veranstaltung und reichen Sie schon jetzt unter

www.sil-sprechstunde.de Ihre individuellen Fragen ein.

Termin & Ort

Die SIL-Sprechstunde ist eine Zweitagesveranstaltung am:

• Donnerstag, 15.9.2011

11:30-17:00 Uhr: Fachreferate

18:30-22:00 Uhr: Abendveranstaltung

• Freitag, 16.9.2011

9:00-14:00 Uhr: Workshops

Pepperl+Fuchs GmbH

Lilienthalstr. 200

68307 Mannheim

Programmablauf

Am ersten Tag stehen Fachvorträge der Referenten auf der

Agenda, während am zweiten Tag die im Vorfeld eingereichten

Diskussionsthemen und Fragestellungen in parallel

laufenden Workshops erarbeitet werden.

Im Rahmen der Veranstaltung finden Sie ausreichend Zeit für

den Meinungs- und Erfahrungsaustausch im Kollegenkreis.

Teilnahmegebühr

Abonnenten der atp edition: € 540,-

auf Firmenempfehlung: € 590,-

reguläre Gebühr: € 690,-

Im Preis sind die Tagungsunterlagen sowie die Verpflegung

im Rahmen der Veranstaltung (Kaffeepausen, Mittagessen,

GetTogether) enthalten.

Veranstalter

Detaillierte Informationen zur Veranstaltung, das

vollständige Programm sowie die Online-

Anmeldung finden Sie im Internet unter

www.sil-sprechstunde.de

SOFORTANMELDUNG PER FAX: +49 (0) 201 / 8 20 02 40

Ja, ich melde mich verbindlich für die 3. SIL-Sprechstunde am 15.-16.9.2011 bei Pepperl+Fuchs in Mannheim an.

Ich beziehe atp edition im Abonnement

Ich beziehe atp edition nicht im Abonnement

Ich komme auf Empfehlung von der Firma: .....................................................................................................................................................................

Firma/Institution

Telefon

Telefax

Titel, Vorname, Nachname

E-Mail

Straße/Postfach

Land, PLZ, Ort

Nummer

Branche/Wirtschaftszweig

✘

Ort, Datum, Unterschrift

Nutzung personenbezogener Daten: Für die Auftragsabwicklung und zur Pflege der laufenden Kommunikation werden personenbezogene Daten erfasst und gespeichert. Mit dieser

Anmeldung erkläre ich mich damit einverstanden, dass ich vom Oldenbourg Industrieverlag oder vom Vulkan-Verlag per Post, per Telefon, per Telefax, per E-Mail, nicht

über interessante, fachspezifische Medien- und Informationsangebote informiert und beworben werde. Diese Erklärung kann ich mit Wirkung für die Zukunft jederzeit widerrufen.

in eigener sache

Stabwechsel: Prof. Schiller übergibt

Chefredaktion an Prof. Urbas

Liebe Leser,

die letzten Jahre waren nicht nur für Sie spannend. Auch bei uns in der Redaktion

wurde viel diskutiert, um die angestoßenen Änderungen in der inhaltlichen Ausrichtung

und des Layouts erfolgreich fortzuführen. Das Ergebnis kann sich sehen lassen,

die Reaktionen der Leser und der Autoren sind durchweg positiv. Auf der Basis dieses

Zuspruchs wird unsere Zeitschrift ihr einzigartiges Profil als Informationsplattform

von Forschung und Industrie weiter schärfen können.

Die Artikel der atp edition beschreiben aktuelle Entwicklungen in Wissenschaft und

Industrie. Wie ich oft erfahren konnte, leiten sie häufig, zum Teil auch kontroverse,

Diskussionen in der Fachwelt ein und fördern den firmen- und verbandsübergreifenden

Informations- und Erfahrungsaustausch. Um eine solche Zeitschrift, in der Entwickler,

Anwender und Technische Manager auf der einen und Doktoranden, Doktoren und

Professoren auf der anderen Seite gleichermaßen das Wort ergreifen, beneidet uns die

internationale Fachwelt.

Prof. Dr.-Ing. Frank

Schiller wechselt in

die Industrie und gibt

die Chefredaktion ab.

Ich habe eine Tätigkeit als wissenschaftlicher Leiter in der Industrie angenommen.

Daher war es notwendig, einen neuen Chefredakteur zu finden. Glücklicherweise konnte

Prof. Urbas, Inhaber der Professur für Prozessleittechnik an der TU Dresden, für

diese herausfordernde und schöne Aufgabe gewonnen werden. Ich werde der atp weiter

eng verbunden bleiben und als Fachredakteur zur Verfügung stehen.

Mit der Unterstützung der Herausgeber, der Beiräte, der Fachredakteure, des Verlags

und natürlich auch der Unterstützung durch Sie als Leser und Autoren wird es uns

gelingen, unsere Zeitschrift ständig weiterzuentwickeln.

Ich freue mich auf die weitere Zusammenarbeit und wünsche Prof. Urbas viel Freude

und Erfolg als Chefredakteur!

Frank Schiller

Prof. Dr.-Ing. Leon

Urbas, neuer Chefredakteur,

wird sich in

einer der nächsten

Ausgaben vorstellen.

Liebe Leser,

Herr Prof. Schiller hat zusammen mit dem atp-Team in den letzten zwei Jahren sehr

erfolgreich gearbeitet. Ohne seinen unermüdlichen Einsatz für das Blatt und die Leser,

seinen Mut zur Erneuerung und das hohe Qualitätsstreben wäre die atp edition in der

Wirtschaftskrise untergegangen. Heute steht die Zeitschrift wieder hervorragend da.

Wir gewinnen kontinuierlich neue Abonnenten.

Über die reine Sachebene hinaus war die Kooperation mit Prof. Schiller für uns ebenfalls

ein Vergnügen. Schließlich soll das Blattmachen den Beteiligten Spaß bringen. Dann

fällt das Ergebnis auch im Sinne der Leser erfreulich aus. Wir sind Herrn Prof. Schiller

zu großem Dank verpflichtet.

Mit Herrn Prof. Urbas haben wir nach intensiver Suche einen Nachfolger für die Chefredaktion

gefunden, der fachlich und als Mensch sehr gut zum atp-Team passt. Ich bin

sicher, dass er sich rasch einarbeiten und das erfolgreiche Konzept fortführen wird.

Fortführen allein reicht aber nicht, weil sich die Technik und der Markt voranbewegen.

Herr Prof. Urbas bringt für die kontinuierliche Weiterentwicklung die besten Voraussetzungen

mit. Ich habe ihn in den Gesprächen als hervorragenden Wissenschaftler,

vielseitig interessierten Ingenieur und klugen Geist kennen gelernt. Wünschen wir ihm

alle gemeinsam viel Glück und Erfolg bei dieser spannenden Aufgabe.

Hans-Joachim Jauch,

Geschäftsführer des

Oldenbourg Industrieverlags:

„Mit Prof. Urbas

wird atp edition die

hervorragende Entwicklung

fortsetzen.“

Hans-Joachim Jauch

atp edition

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5

Inhalt 6 / 2011

Forschung

8 | Ausgezeichnet: Roboter arbeitet ohne

Schutzzaun mit Menschen sicher zusammen

Lauron löst auf sechs Beinen brenzlige Situationen

9 | Optische 3D-Messsysteme ebnen den Weg zum

Null-Fehler-Konzept im Produktionsprozess

Hochstapler: Hersteller, Produzenten und Anwender

forschen an Einbett-Technologien für Module

Verband

10 | Wenn die Amortisationsrechnung versagt –

ZVEI-Tool zur Berechnung der Lebenszykluskosten

Interbus-Club integriert seine Technologie in die

Profibus-Nutzerorganisation und löst sich auf

branche

11 | VDE fordert neues Energieversorgungssystem

mit automatisierten Verteilungsnetzen

Deutsche Automatisierer gewinnen Marktanteile

Roboter: mit optimierter Steuerung Energie sparen

12 | Die Fertigungsmesstechnik der Zukunft:

schneller, sicherer, genauer, flexibler

14 | Distanzmessung mit PDM-Sensoren sorgt für

größere Stabilität in automatischem Prozess

16 | Italienisches Walzwerk formt Stahl

mithilfe von schwedischen Drehgebern

18 | Common Components gewährleisten eine

„eingebaute“ Interoperabilität bei FDT 2.0

22 | Die Fabrik auf dem Büroschreibtisch:

virtuelle Lösungen für den Erfolg realer Anlagen

6

atp edition

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Hauptbeiträge

26 | Virtuelle Inbetriebnahme von Transportsystemen

J. RoSSmann, O. Stern, R. Wischnewski

34 | Qualitätskontrolle texturierter Kunststoffoberflächen

W. Michaeli, K. Berdel

44 | Holistic Workspace – Den Leitstand

der Zukunft gestalten!

T. Schwarz, H. Oortmann, H. Reiterer

52 | Tests von Feldgeräten mit Profibus PA-3.02

M. Pelz, S. Seintsch, S. Ochsenreither

Praxis

60 | Universelle Kommunikationsanbindung

sorgt für verbesserte Prozesse

62 | Beschichtung von Verstärkungsfasern:

Präzisionsprozess übersichtlicher gesteuert

64 | Einfach wie ein Relais, aber genauso flexibel

wie eine sichere SPS

rubriken

3 | Editorial

5 | In eigener Sache

66 | Impressum, Vorschau

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forschung

Ausgezeichnet: Roboter arbeitet ohne

Schutzzaun mit Menschen sicher zusammen

Er ist der erste Roboter, der ohne Schutzzaun mit Menschen

arbeiten kann – der Leichtbauroboter von Kuka

und dem DLR-Institut für Robotik und Mechatronik sicherte

sich beim euRobotics Technology Transfer Award

Anfang April in Västerås (Schweden) die Spitzenposition.

Der Leichtbauroboter ist dem menschlichen Arm nachempfunden:

Die Entwickler legten Wert auf Sensivität und

Nachgiebigkeit. Er ist leicht zu programmieren und gut

geeignet für eine enge Mensch-Roboter-Interaktion. Dank

des geringen Gewichts lässt er sich einfach transportieren.

Er arbeitet energiesparend, was ihn für mobile Einsätze

prädestiniert.

Die Maschine sei für Roboteranwendungen in den Bereichen

Dienstleistung und Medizin einsetzbar, so Ralf Koeppe,

Leiter Forschung und Entwicklung bei Kuka Laboratories,

der den Preis mit Dr. Alin Albu-Schaeffer (DLR) stellvertretend

für ihre Entwickler-Teams entgegennahm. Der

zweite Preis ging an SIMone, einen auf Robotertechnologie

basierenden und interaktiven Geburtssimulator, der von

der der ETH Zürich, der TU München und 3B Scientific zu

Trainingszwecken für Ärzte entwickelt wurde. SIMone soll

die Rate von Kaiserschnitten und zerebralen Lähmungen

verringern, die infolge falschen Anlegens von Zange und

Saugglocke auftreten. Herzstück von SIMone bildet eine

kraftgeregelte Kinematik, die die Bewegung des Babykopfes

im mütterlichen Becken und im Geburtskanal realitätsnah

simuliert. Der Simulator ist mit Positions- und Kraftsensoren

ausgestattet.

Zu den weiteren Finalisten gehörten Fits me, ein estländisches

Unternehmen, das mit den Universitäten Tallinn

und Tartu eine Online-Anprobe für Kleidung entwickelt

hat sowie Surgenius, ein Operationsroboter, der gemeinsam

von Surgica Robotica und der Universität von Verona

entwickelt wurde. Auch Workerbot trat an, ein dem Menschen

nachempfundener zweiarmiger Roboter für die

industrielle Handhabung und Montage, der einer Forschungskooperation

von Pi4Robotics und dem Fraunhofer-Institut

für Produktionssysteme (IPK) entstammt.

Der Tech-Transfer-Award fand in diesem Jahr zum achten

Mal statt mit dem Ziel, die Innovationskraft und wirtschaftliche

Auswirkung von erfolgreichen Forschungskooperationen

zwischen Industrie und Wirtschaft zu fördern.

EUnited Robotics,

Diamant Building,

Boulevard A. Reyers 80,

B-1030 Brüssel, Tel. +32 2706-8209,

Internet: www.eu-nited.net

Lauron löst auf sechs Beinen brenzlige Situationen

Lauron:

Die sechsbeinige

Laufmaschine

ist eine von der

Natur motivierte

Ent wicklung.

Das Vorbild: Die indische Stabheuschrecke.

Bilder: Faulhaber

Die Bergung von Verschütteten in teileingestürzten

Gebäuden, die Erkundung von Vulkanen oder das

Räumen von Minenfeldern – das alles sind gefährliche

Situationen, die für Menschen oder für rad- und kettengetriebene

Systeme nur schwer passierbar sind.

Die mit dem Faulhaber-Uni-Projekt-Award ausgezeichnete

sechsbeinige Laufmaschine Lauron soll nun Abhilfe

schaffen. Den Bewegungsmechanismus schauten sich die

Konstrukteure vom FZI (Forschungszentrum Informatik

aus Karlsruhe) bei der indischen Stabheuschrecke ab. Wie

dieses Vorbild besitzt Lauron sechs Beine an einem länglichen

Zentralkörper, in dem die notwendige Steuerungselektronik

untergebracht ist. Jedes der sechs 50 cm

langen Beine hat einen federgedämpften Fuß und wird

mithilfe von drei Gelenken bewegt. Die Blickrichtung

des Kopfes wird durch zwei unabhängige Achsen

(Schwenken und Neigen) verändert, sodass die Bewegungsmaschine

über 20 Freiheitsgrade verfügt.

In jedem Fuß befinden sich 3D-Kraftsensoren und Federkraft-Messsysteme,

die zusammen mit einer Motorstrommessung

genutzt werden, um Kollisionen und den

Kontakt mit dem Boden zu erkennen. Bei der Antriebslösung

für die dreigelenkigen Einzelbeine war hohe Leistung

bei vergleichsweise geringem Gewicht gefordert.

Deshalb entschied sich das Projektteam der Gruppe Interaktive

Planungstechnik des FZI für eine Motor-/Getriebekombination,

bestehend aus einem DC-Kleinstmotor-Serie

2657 … IE2 mit Planetengetriebe Serie 26/1 von Faulhaber.

Um die bewegte Masse zu reduzieren, platzierte man

die Antriebe möglichst nah am Körper. Getriebe und

Seilzüge übertragen die Kraft der 20 graphitkommutierten

DC-Antriebe von dort aus auf die Gelenke. Das erreichbare

Nenndrehmoment liegt bei etwa 20 Nm (kurzzeitig

40 Nm). Die Gelenkwinkel der Beine werden durch

hochpräzise, optische Encoder erfasst. Jeder Motor verfügt

über einen hochauflösenden Encoder, der zusätzliche

Informationen über die Gelenkwinkel liefert.

Dr. Fritz Faulhaber GmbH & Co. KG,

Daimlerstr. 23/25, D-71101 Schönaich,

Tel. +49 (0) 7031 63 80, Internet: www.faulhaber.com

8

atp edition

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Optische 3D-Messsysteme ebnen den Weg zum

Null-Fehler-Konzept im Produktionsprozess

Zu den Forderungen der GMA-Roadmap „Fertigungsmesstechnik

2020“ (siehe Seite 12-13) hielt die Fraunhofer-Allianz

Vision in Stuttgart Antworten bereit: Sie

präsentierte Entwicklungen auf dem Gebiet der prozessintegrierten

optischen Mess- und Prüfsysteme anlässlich

der internationalen Leitmesse Control.

Wie die Roadmap betont, ist Qualitätssicherung zum

unverzichtbaren Bestandteil des Produktionsprozesses

geworden. Null-Fehler-Konzepte streben die frühzeitige

und vollständige Kontrolle aller qualitätsrelevanten

Schritte an. Den Anspruch erfüllt der Einsatz industrieller

Bildverarbeitung und berührungsloser Mess- und

Prüftechnik. Auf dem Gemeinschaftsstand der Fraunhofer-Allianz

Vision zeigten die Experten des Fraunhofer-Instituts

für Fabrikbetrieb und Automatisierung

optische 3D-Messsysteme zur geometrischen Qualitätsprüfung

in der industriellen Fertigung. Ihre Grundlage

ist die Mess- und Prüftechnologie „OptoInspect 3D“.

Sie erlaubt die Erkennung von Qualitätsabweichungen

bei der Entstehung und ermöglicht die rechtzeitige Reaktion

auf Veränderungen innerhalb der Produktion. Zusätzlich

präsentierte die Vision-Allianz Entwicklungen zur

Inspektion von Oberflächen. Die Verfahren ermöglichen

eine schnelle Bewertung der Oberflächeneigenschaften

und helfen dabei, Veränderungen der Oberfläche und

Oberflächenfehler zu erkennen.

Das Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik

entwickelte ein Messsystem, mit dem sich im Drahtziehprozess

Oberflächenfehler wie Kratzer oder Riefen

erkennen und analysieren lassen. Defektgrößen von

unter 100 μm nimmt das System wahr. Voraussetzung

für die Regelung in Echtzeit ist die extrem schnelle Bild-

aufnahme mit Belichtungszeiten von 10 μs bei Drahtgeschwindigkeiten

von bis zu 50 m/s. Die Inline-Inspektion

von Draht ist ein Beispiel für den Einsatz einer

Kameraarchitektur, basierend auf optischen zellularen

neuronalen Netzwerken. Die eingesetzte Technologie

bietet sich dort an, wo hochdynamische Prozesse per

Bildverarbeitung in Echtzeit analysiert und geregelt werden

müssen. Einen dritten Forschungsschwerpunkt bilden

Thermographie, Ultraschall, Röntgen und Shearographie.

So werden unter der Oberfläche liegende Fehler

wie Mikro risse identifiziert.

Fraunhofer-Allianz Vision,

Am Wolfsmantel 33, D-91058 Erlangen,

Tel. +49 (0) 9131 776 58 00, Internet: www.vision.fraunhofer.de

Das Prüfsystem

zur automatisierten

3D-Geometriemessung

von

Eisenbahnradsätzen

ermöglicht

die fehlerfreie

Qualitäts prüfung

im Produktionsprozess.

Bild: Berndt Liebl/

Fraunhofer IFF

Hochstapler: Hersteller, Produzenten und Anwender

forschen an Einbett-Technologien für Module

Hochstapeln ausdrücklich erwünscht! Das Forschungsprojekt

Manos befasst sich mit der Einbett-Technologie,

die mittels Oberflächenbeschichtungen auf Nanopartikelbasis

und Klebeverfahren optimiert werden soll.

Manos steht für das vom Bundesministerium für Bildung

und Forschung (BMBF) geförderte Forschungsprojekt

„Modularer Aufbau von Systemen mit nanomodifizierten

Oberflächen für Automobil- und Industrie-Sensorik“. Acht

Firmen engagieren sich innerhalb von drei Jahren in dem

Projekt. Mithilfe von nanostrukturierten und nanomodifizierten

Oberflächenbeschichtungen werden Verbindungstechniken

auf Leiterplattenbasis geschaffen und

Wege für das Stapeln modularer Systemkonzepte eröffnet.

Ziel ist es, neue Techniken zu entwickeln, sie serientauglich

zu machen und unter Berücksichtigung der Fertigungskosten

zu optimieren.

Die Firma Kerona entwickelt nanomodifizierte Oberflächenschutzschichten,

die unterschiedliche Modifikationen

aufweisen. Diese dienen dem Einsatz an optischen

Sensoren sowie Temperatur- und Ortssensoren.

Die Entwicklung unterschiedlicher Klebstoffe übernimmt

Delo Industrie-Klebstoffe. Die Klebstoffe benötigt

man für das Self-Assembly der Chips in die Leiterplatte

und für das Stacking der Sensormodule. Die

Klebstoffe sollen die elektrische oder thermische Leitfähigkeit

übernehmen. Mit Embedding-Technologien

bringt sich Würth Elektronik ein.

Roodmicrotec ist für die Prozessbewertung über Kurzqualifikationen

und die Zuverlässigkeitsuntersuchungen

der Sensorsysteme zuständig. Dabei kommt es auf die

Standardisierung von Qualifikationskonzepten an. Continental

und Sick setzen die Systeme in unterschiedlichen

Anwendungen ein. Continental baut Multisensorsysteme

für automobile Getriebesteuerungen. Beide Hersteller sind

auf die Standardisierung der Schnittstellen unter dem

Aspekt der Wirtschaftlichkeit fokussiert. Unterstützung

erhalten alle Projektpartner vom Fraunhofer IZM.

Würth Elektronik GmbH & Co. KG,

Salzstraße 21, D-74676 Niedernhall,

Tel. +49 (0) 79 40 94 60,

Internet: www.we-online.de

atp edition

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Ein einfaches

Programm

zur Berechnung

der Lebenszykluskosten

bietet der ZVEI

zum kostenlosen

Download

an. Bild: ZVEI

10

verband

Wenn die Amortisationsrechnung versagt –

ZVEI-Tool zur Berechnung der Lebenszykluskosten

Der ZVEI will Unternehmen beim Sparen helfen und

hat dafür ein neues Software-Tool zur Berechnung

der Lebenszykluskosten von Komponenten oder Anlagen

vorgestellt. Das Potenzial: Laut ZVEI-Berechnungen können

in Anlagen der deutschen Industrie und im kommunalen

Bereich 10 bis 25 Prozent Energieeinsparung allein

durch anforderungsgerechte Automatisierungstechnologie

erreicht werden. Somit könnten in Deutschland

jährlich bis zu 88 Mrd. Kilowattstunden an Energie-

Äquivalenten, entsprechend sieben Mrd. Euro Energiekosten,

eingespart werden.

Mit dem von ZVEI und Deloitte entwickelten generischen

Berechnungsmodell ‚Lifecycle Cost Evaluation‘

Interbus-Club integriert seine Technologie in die

Profibus-Nutzerorganisation und löst sich auf

Der Interbus-Club Deutschland und die Profibus-Nutzerorganisation

(PNO) werden die Interbus-Technologie

in die PNO integrieren. Bei den Anwendern ist ein starker

Wandel von den Feldbustechnologien in Richtung Ethernet

zu erkennen. Der Interbus-Club hatte sich daher frühzeitig

entschieden, auf Profinet als zukünftigen Ethernetbasierten

Standard zu setzen und in den entsprechenden

Arbeitskreisen der PNO ein Integrationskonzept erstellt.

Da die Interbus-Technologie als ausgereift betrachtet wird,

haben die Mitglieder des Interbus-Clubs beschlossen, die

Technologie an die PNO zu übertragen und den Verein

nach Erreichung seines Vereinszwecks aufzulösen.

Stefan Körte, bislang 1. Vorsitzender des Interbus Clubs

betont: „Durch die einfache und wirtschaftliche Einbindung

in Profinet ist sichergestellt, dass die Investitionen

der Anwender in die Interbus-Technologie geschützt

werden.“ Jörg Freitag, Vorstandsvorsitzender der PNO,

atp edition

6 / 2011

(LCE) können Barwert und Annuität einer Investition errechnet

werden. So lässt sich auf einfache Weise nachweisen,

wie sich der Einsatz von energieeffizienten Geräten

und Lösungen betriebswirtschaftlich rechnet. Das Tool ist

downloadbar unter www.zvei.org/Lebenszykluskosten.

Das Konzept ist aufgrund seines generischen Aufbaus

für unterschiedlichste Anwendungsfälle und Industrien

geeignet und erlaubt eine sehr detaillierte Bewertung.

So sind zum Beispiel in der verfahrenstechnischen Industrie

neben der unmittelbaren Kalkulation einzelner

Komponenten – wie drehzahlgeregelter Pumpen, energieeffizienter

Motoren oder hochwertiger Messinstrumente

zur Prozessoptimierung – die Auswirkungen auf

eine ganze Anlage berechenbar. Dadurch wird die Bedeutung

von Einzelinvestitionen im Gesamtzusammenhang

transparent gemacht.

Helfen kann das Tool auch bei Aufträgen im öffentlichen

Bereich. Denn weil bei Investitionsentscheidungen die reine

Betrachtung von Anschaffungskosten oder die Amortisationsrechnung

oft unzureichend sind, spricht unter anderem

die öffentliche Vergabeverordnung davon, Lebenszykluskosten

und Energieeffizienz als Auswahlkriterium

zu berücksichtigen. Dies findet in der Praxis oft nicht statt,

weil bislang keine praktikablen Berechnungsmöglichkeiten

vorhanden waren. Das LCE-Tool löst dieses Problem.

Als Berechnungsbeispiel präsentiert der ZVEI eine Investition

an der Kläranlage Böblingen-Sindelfingen, bei

der eine Umrüstung an den Pumpen erfolgte. Der einmaligen

Investitionssumme von 25 000 Euro steht über einen

Lebenszeitraum von 24 Jahren eine Energiekosteneinsparung

von 200 000 Euro gegenüber.

ZVEI – ZENTRALVERBAND ELEKTROTECHNIK- UND

ELEKTRONIKINDUSTRIE E.V.,

Lyoner Straße 9, D-60528 Frankfurt am Main,

Tel. +49 (0) 69 630 20, Internet: www.zvei.org

ergänzt: „Die PNO hat in den vergangenen Jahren Profinet

mit heute mehr als drei Millionen installierten Geräten

als Marktführer unter den Ethernet-basierten Systemen

etabliert. Durch die bereits erfolgte Migration von

Interbus in Profinet liegt es nahe, die Technologie in die

PNO zu integrieren.“

Der Interbus-Club hat seit seiner Gründung vor mehr

als 20 Jahren unter aktiver Mitwirkung seiner Mitglieder

die Weiterentwicklung des Interbus-Systems gefördert

und dieses als ausgereifte Technologie erfolgreich am

Markt etabliert. Interbus ist in der IEC 61158 und IEC

61784 standardisiert und heute weltweit in zahlreichen

Applikationen im Einsatz.

PROFIBUS-NUTZERORGANISATION,

Haid-und-Neu-Straße 7, D-76131 Karlsruhe,

Tel. +49 (0) 721 965 85 90, Internet: www.profibus.com

VDE fordert neues Energieversorgungssystem

mit automatisierten Verteilungsnetzen

Branche

Von den Smart Grids, die für Elektromobilität und erneuerbare

Energien erforderlich sind, werden große

Impulse für die elektrische Automatisierungstechnik

erwartet. Der VDE fordert nun ein Smart System, das

weit über den Smart-Grids-Ansatz hinaus geht. Das VDE-

Konzept beinhaltet auch die Neudefinition von Verantwortlichkeiten,

Marktregeln, Geschäftsmodellen, Tarifstrukturen

und Anreizsystemen.

Diese Forderung resultiert aus zwei Studien, in denen

der Verband das Energiekonzept der Bundesregierung

auf den Prüfstand stellte. Die Schlussfolgerung des VDE:

„Um den für die nächsten Jahre geplanten deutlichen

Ausbau erneuerbarer Energien zu ermöglichen, müssen

bis zum Jahr 2020 alle Teile des Systems aus Erzeugung,

Übertragung, Verteilung und Nutzung elektrischer Energie

grundlegend weiter entwickelt werden, ansonsten

wird es eng mit der Energiewende.“

Nötig sei ein komplett neues, integriertes Gesamtsystem

– das Smart System –, um die horizontale und vertikale

Systemintegration voranzutreiben. Damit solle der

künftige europäische Verbundbetrieb ausgeweitet und

ein effizientes Lastmanagement über die Hierarchieebenen

Erzeugung, Übertragung und Verteilung hinweg

ermöglicht werden. Besonders dringlich sei der massive

Ausbau der Übertragungsnetze.

Hier empfiehlt der VDE, zügig ein leistungsstarkes,

europaweites Overlay-Netz zur Übertragung elektrischer

Energie über weite Strecken zu etablieren. Um die

Energiewende realisieren zu können, müssten über den

Netzausbau hinaus das integrierte Gesamtsystem optimiert,

die Verteilungsnetze automatisiert und auf allen

Systemebenen Speichertechnologien zur Verfügung

gestellt werden.

VDE VERBAND DER ELEKTROTECHNIK

ELEKTRONIK INFORMATIONSTECHNIK E.V.,

Stresemannallee 15, D-60596 Frankfurt am Main,

Tel. +49 (0) 69 630 80, Internet: www.vde.com

Deutsche Automatisierer

gewinnen Marktanteile

Die deutsche Automatisierungsbranche steht nach der

Krise vermutlich besser da als zuvor. Dr. Gunther Kegel,

Vorsitzender des Fachverbands Automation im ZVEI

zeigt sich überzeugt: „Wir haben im Aufschwung deutliche

Marktanteile hinzugewonnen, vor allem gegenüber westlichen

Konkurrenten.“ Allerdings sieht er auch neue Herausforderungen

auf die Unternehmen zukommen. So werde

die Volatilität des Geschäfts zunehmen, es werde „häufigere

und kräftigere Ausschläge geben als bislang – darauf

müssen wir uns einstellen“, betont er gegenüber atp edition.

Wie stark die Schwankungen sein können, habe die

jüngste Krise gezeigt. So sei die Produktion im Mai 2009

im Vergleich zum Vorjahresmonat um 50 Prozent eingebrochen.

Ein Jahr später sei sie wieder höher als vor der

Krise gewesen, was im Vergleich zum Mai 2009 mehr als

eine Verdopplung bedeutet habe.

Aktuell wird das Wachstum der Elektroindustrie vor

allem vom Export getragen. Im ersten Quartal legten die

Auslandsbestellungen um 20, jene aus dem Inland um

zwölf Prozent zu. Allerdings zeigen sich Hinweise auf eine

Normalisierung des Wachstums. So nahmen die Auftragseingänge

im März – arbeitstäglich und saisonbereinigt

– um vier Prozent ab; die Inlandsorders gingen um vier

Prozent zurück, jene aus dem Ausland legten noch um

ein Prozent zu. Im Vergleich zum Vormonat stagnierte

laut ZVEI der Umsatz im März, die Produktion sank um

zwei Prozent.

ZVEI – ZENTRALVERBAND ELEKTROTECHNIK- UND

ELEKTRONIKINDUSTRIE E.V.,

Lyoner Straße 9,

D-60528 Frankfurt am Main,

Tel. +49 (0) 69 630 20,

Internet: www.zvei.org

Roboter: mit optimierter

Steuerung Energie sparen

Erhebliche Potenziale zur Energieeinsparung

bei Robotern sieht der

VDMA Robotik und Automation. Dessen

Vorsitzender Dr. Michael Wenzel

erläutert: „Neben besonders effizienter

Antriebstechnik und Leichtbau

von schnell bewegten Teilen, wie zum

Beispiel Roboterarmen und Roboterwerkzeugen,

bietet insbesondere die

Steuerungstechnik ein großes Einsparpotenzial.

Waren bei den Robotern

Standby-Modi für Arbeitspausen Effiziente Antriebstechnik,

bislang nicht vorgesehen, erlauben Leichtbau und optimierte

neue Automatisierungskonzepte diese

nun und führen zu einer beträcht-

große Energieeinsparungen beim

Steuerungstechnik erlauben

lichen Energieeinsparung.“

Robotereinsatz. Bild: Reis/VDMA

Als positiver Nebeneffekt steige

die durchschnittliche Lebensdauer bestimmter Komponenten,

was zusätzlich Kosten senke. Hinzu kommen Strategien

zur energieeffizienten Roboterprogrammierung, die

Vermeidung unnötig hoher Beschleunigungen, die Rückführung

von Bremsenergie und die Simulation des Energiebedarfs.

Energieverbrauch wird auf diese Weise systematisch

an vielen Stellen erfasst und im komplexen Zusammenspiel

einer größeren Anlage ganzheitlich minimiert.

Robotik und Automation trügen aber auch zum

Energiesparen bei, indem sie optimierte Produktionsprozesse

zur wirtschaftlichen Fertigung „grüner“ Technologien

zur Verfügung stellten.

VERBAND DEUTSCHER MASCHINEN-

UND ANLAGENBAU E.V.

Lyoner Straße 18, D-60528 Frankfurt/Main,

Tel. +49 (0) 69 660 30, Internet: www.vdma.org

atp edition

6 / 2011

11

anche

Die Fertigungsmesstechnik der Zukunft:

schneller, sicherer, genauer, flexibler

GMA-Roadmap stellt Trends und Forderungen für die industrielle Produktion vor

Als Ende der 90er Jahre des letzten Jahrhunderts intensiv

über das Drei-Liter-Auto diskutiert wurde, war auch die

Messtechnik beteiligt. Erst durch Fortschritte, wie die Scanningtechnolgie

auf Koordinatenmessgeräten und den produktionsnahen

Einsatz von Messtechnik war es möglich,

Informationen zu gewinnen, um Produktionsprozesse in

engen Grenzen zu regeln. Damit werden Serienbauteile produziert,

die kleine Toleranzen einhalten und wesentlich

zur Reduzierung von Reibung in Motoren und Antriebskomponenten

beitragen.

Das Thema der Ressourceneffizienz spielt heute in der

Produktion eine wichtige Rolle. Neue Verfahren in der Fertigung

tragen zur Verbesserung der Ressourceneffizienz bei.

Um sie zu beherrschen, ist der Einsatz von Messtechnik

erforderlich, da nur Messtechnik Informationen zur Bewertung

der Leistungsfähigkeit liefern kann. Die daraus resultierenden

Trends und Forderungen hat die Roadmap Fertigungsmesstechnik

2020 der GMA ermittelt.

Produktionstechnik vor Herausforderungen

Kundenforderungen nach individuell gestalteten Produkten

und schwankender Nachfrage begegnet die Produktion

durch durch größere Flexibilität. Das führt zur

erheblichen Verringerung der Losgrößen, die oft nur

durch verstärkten Einsatz von Messtechnik zu beherrschen

ist. Man kann sich lange dauernde Produktionsanläufe

und Vorserien kaum mehr leisten. Gleichzeitig

verlangen mehr Branchen die lückenlose Dokumentation

der Konformitätsbewertung aller gefertigten Produkte,

die ebenfalls nur durch den verstärkten Einsatz von

Messtechnik zu realisieren ist.

Die Aufgabe der Fertigungsmesstechnik ist es, valide Informationen

über das Produkt zur Absicherung der Prozessund

Produktqualität zu liefern. Vor dem Hintergrund der

Herausforderungen wird dazu in der Produktion in Zukunft

mehr gemessen. Der Einsatz von mehr Messtechnik muss

sich aber wirtschaftlich rechtfertigen lassen. Die Messtechnik

muss leistungsfähiger werden. Diese Steigerung der

Leistungsfähigkeit lässt sich zusammenfassend mit vier

Begriffen beschreiben:

Schneller

Sicherer

Genauer

Flexibler

Schneller

Mit Schnelligkeit ist einerseits die Entwicklung und Anwendung

messtechnischer Verfahren gemeint, mit denen

in kürzerer Zeit Informationen über die Produktqualität

gewonnen werden. Dabei kommt es weniger darauf an,

Verfahren neu zu entwickeln. Vielmehr werden bekannte

Messprinzipien zur Nutzung in der Produktion adaptiert.

Dabei spielen optische Verfahren eine bedeutende

Rolle. Andererseits gewinnt die Integration an Bedeutung

bei der Beschleunigung von Messtechnik. Transportzeiten

zu den Messeinrichtungen können verringert werden

oder ganz entfallen. Weiterhin stehen die Informationen

Trends in der Produktionstechnik

Ressourcen-

Flexibilität

effizienz

Erhöhung der

Integration

Zunehmende Vielfalt

an Messverfahren

Verringerung der

Messzeit

Transparenz

Herausforderungen und Trends der Fertigungsmesstechnik

Automatisierte

Datenverarbeitung

Verringerung von Messabweichungen/Messunsicherheit

Steigende Nachweispflicht der Messunsicherheit

Steigerung der

Informationsdichte

Neue Prozesse

Schneller

Genauer

Sicherer

Flexibler

Trends und Herausforderungen der Fertigungsmesstechnik

aus der Messtechnik unmittelbar in der Produktion, beispielsweise

zur Realisierung von Regelkreisen, zur Verfügung.

Durch die automatisierte Übertragung von Daten

wird die Regelung besonders effizient realisiert:

Beschleunigte Produktionstakte erfordern schnellere

Messverfahren mit deutlich erhöhtem Dynamikumfang.

Es erfolgt eine erhöhte Absicherung von einzelnen Prozessschritten

durch dezentrale Messtechnik, die fertigungsnah

oder -integriert eingesetzt wird. Dies führt zu

einer Steigerung des wirtschaftlichen Nutzens der Fertigungsmesstechnik.

Messdaten werden vermehrt in den Produktionsprozess

zur Steuerung und Regelung zurückfließen. Damit wird

die Fertigungsmesstechnik integraler Bestandteil des

Produktionsprozesses.

Die vermehrte Integration von Messsystemen in die Fertigung

ermöglicht die 100%-Prüfung der Produkte.

Die automatisierte Messdatenverarbeitung gewinnt vor

dem Hintergrund der zunehmenden Informationsdichte

an Bedeutung.

Sicherer

Der Nachweis der Messunsicherheit und ihre Berücksichtigung

bei der Konformitätsbewertung werden zunehmend

wichtiger. Die standardisierten Vorgehensweisen

zur Bestimmung der Messunsicherheit etablieren sich

weiter. Diese werden je nach Anwendung in unterschiedlicher

Detaillierung angewendet. Bei der Kalibrierung von

Normalen wird mehr Aufwand bei der Unsicherheitsbestimmung

zu rechtfertigen sein als bei der Prüfung einfacher

Produktmerkmale. Für die Produktion etablieren

sich vereinfachte Vorgehensweisen. Gerade bei sicherheitsrelevanten

Produkten, beispielsweise in der Luft-

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fahrtindustrie und der Medizintechnik, wird ein Nachweis

über die Messunsicherheitsbestimmung und ihre

Berücksichtigung bei der Prüfentscheidung zum Standard

und die Produktsicherheit verbessern:

Verbesserte Rechnerunterstützung und Methoden der

Simulation (virtuelles Messgerät) vereinfachen die Ermittlung

der Messunsicherheit.

Stabile Prozesse und damit der Eignungsnachweis sowohl

für den Fertigungs- als auch für den Messprozess

gewinnen an Bedeutung.

Überwachung der Produktion mittels sicherer Fertigungsmesstechnik

minimiert das Risiko von Stillstandzeiten

und trägt zur Ressourceneffizienz sowie zur

Wettbewerbsfähigkeit bei.

Genauer

Durch höhere Qualitätsanforderungen steigen die Anforderungen

an die Genauigkeit der Messtechnik. Eine besondere

Rolle spielt die Steigerung der Ressourceneffizienz:

Bauteile entwickeln sich dimensionell in zwei Richtungen:

sehr kleine Bauteile und Strukturen einerseits,

sowie sehr große Bauteile andererseits. Diese Spannbreite

erfordert hochflexible sowie dynamische Messsysteme,

um deren Merkmale genau zu erfassen.

Optische Scanningverfahren und tomographische

Messverfahren erhöhen deutlich die Messpunktdichte.

Somit eröffnen sich neue ganzheitliche Auswertemöglichkeiten

wie ein direkter Abgleich mit 3D-CAD-Daten,

womit auch die Genauigkeit gesteigert wird.

Der vermehrte Einsatz von Fertigungsmesstechnik verbessert

das Verständnis von Fertigungsprozessen und

damit erfolgt eine Steigerung der Produktqualität.

Flexibler

Die Vielfalt der zur Messung in der Produktion eingesetzten

Verfahren nimmt rasant zu. Vermehrt werden verschiedene

Verfahren in Messsystemen kombiniert und

damit ihre Flexibilität gesteigert:

Der konsequente Einsatz von Fertigungsmesstechnik

hat die transparente Produktion zur Folge. Diese begünstigt

die Anpassungsfähigkeit von Unternehmen

und ermöglicht damit die Reaktion auf eine flexible,

vernetzte Gesellschaft.

Standardisierte Schnittstellen verbessern die Kommunikation

der Messsysteme untereinander sowie

die Kommunikation zur Prozesssteuerung und zu

anderen Bereichen der Produktion. Die Produktion

wird flexibler.

Intelligente Sensoren und Multisensorik gepaart mit

Lernvermögen der Messsysteme ermöglichen flexiblere

Einsatzszenarien sowie wirtschaftliche Fertigungsmesstechnik.

Die Bedienung der Messsysteme wird leichter.

Verbesserte Ausbildungsangebote im industriellen und

universitären Bereich einschließlich neuer Lerntechnik

wie E-Learning führen zu besser ausgebildeten Fachkräften.

Dadurch sind Messsysteme flexibler mit verbesserter

Sicherheit einsetzbar.

Neue Konzepte wie mobile, integrierbare Messsysteme

oder globale Koordinatensysteme wie Indoor-GPS

(iGPS) machen die Messtechnik flexibel.

Die Forderung der Wandlungsfähigkeit produzierender

Unternehmen nimmt zu. Werden flexible Mechanismen

etabliert um den Produktionsfluss sowie die Prozessqualität

sicherzustellen, kann die Produktion schneller

auf Veränderungen reagieren. Grundlage für die Sicherstellung

der Prozessqualität ist dabei eine angepasst

flexible Fertigungsmesstechnik.

Die Fertigungsmesstechnik ist eine Schlüsseltechnologie

für die prozesssichere und wirtschaftliche Produktion

und liefert damit einen wesentlichen Beitrag zur Entwicklung

des Standorts Deutschland.

Autoren

Prof. Dr.-Ing. Robert Schmitt ist Leiter des

Fachbereiches 3 der VDI/VDE-Gesellschaft

Mess- und Automatisierungstechnik (GMA)

„Sensoren und Messsysteme für die Fertigungstechnik“.

Seit September 2004 ist er

Inhaber des Lehrstuhls für Fertigungsmesstechnik

und Qualitätsmanagement am

Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH.

Außerdem ist er als Direktoriumsmitglied des

Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnologie IPT tätig und

leitet die Abteilung Produktionsqualität und Messtechnik. Seit

2010 fungiert Schmitt als geschäftsführender Direktor des WZL.

RWTH Aachen,

Werkzeugmaschinenlabor, Steinbachstraße 53 B,

D-52074 Aachen, Tel. +49 (0) 241 802 02 83,

E-Mail: r.schmitt@wzl.rwth-aachen.de

Dr.-Ing. Dietrich Imkamp arbeitet seit 2010

als stellvertretender Leiter des Fachbereiches

3 der VDI/VDE Gesellschaft Mess- und

Automatisierungstechnik (GMA) „Sensoren

und Messsysteme für die Fertigungstechnik“

und und ist Mitglied des wissenschaftlichen

Beirats der GMA. Als Direktor Visual Systems

und Partnerprodukte ist Imkamp verantwortlich

für optische Koordinatenmessgeräte bei

der Carl Zeiss Industriellen Messtechnik in Oberkochen.

Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH,

D-73446 Oberkochen, Tel. +49 (0) 7364 20 20 45,

E-Mail: imkamp@zeiss.de

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anche

Distanzmessung mit PMD-Sensoren sorgt für

größere Stabilität in automatischem Prozess

Automobilzulieferer verhindert so Fehlschaltungen bei der Bearbeitung von Getriebegehäusen

Kompakt dank

der Zusammenfassung

von

Sensorelement

und der Elektronik

zur Signalauswertung

auf

einem einzigen

Siliciumchip:

die PMD-Abstandssensoren.

Bild: ifm

Mithilfe von PMD-Abstandssensoren konnte der Automobilzulieferer

Grüner Systemtechnik die Bearbeitung

von Getriebegehäusen zuverlässiger gestalten. Die

zuvor eingesetzten optischen Standardsensoren verursachten

oft Fehlschaltungen aufgrund von Verschmutzungen.

Die efector-pmd-Sensoren von ifm electronic hingegen sind

vor Verschmutzungen aus dem Bearbeitungsprozess weitgehend

sicher. Da sie exakte Messungen über große Distanzen

erlauben, konnte Grüner sie in sicherer Entfernung zu

Kühlschmiermittel- und Ölspritzern positionieren.

Zusätzlich zur Fertigung von Motorblöcken, Zylinderblöcken

und Kupplungsglocken hat sich die Grüner Systemtechnik

GmbH & Co. KG auf die Bearbeitung von Getriebegehäusen

für Getriebehersteller spezialisiert. Dabei muss

das Unternehmen in Bad Überkingen den Kunden aus der

Automobilindustrie eine konstant hohe Produktqualität

und eine Just-in-time-Lieferfähigkeit garantieren.

TONNENSCHWER UND HOCHPRÄZISE

Um diese Anforderungen zu erfüllen, müssen die Bearbeitungszentren

für die Bearbeitung der Getriebegehäuse

absolut zuverlässig und wirtschaftlich arbeiten. Zur Erzielung

maximaler Produktivität sowie hoher Zuverlässigkeit,

konstruiert und baut Grüner Systemtechnik Bearbeitungszentren

selbst. Das Unternehmen auf der Schwäbischen

Alb greift dabei mittlerweile auf Erfahrungen und

Know-how von über drei Jahrzehnten zurück. Grüner

Systemtechnik rüstet die technisch anspruchsvollen Maschinen

mit Sensorik der ifm electronic gmbh aus. Neben

der bewährten ifm-Druck- und Strömungssensorik zur

Überwachung des Kühlschmiermittelkreislaufs und der

Hydraulikaggregate, setzt der Gehäusehersteller auch ifm-

Abstandssensoren mit innovativer PMD-Technologie ein.

Bei der Betrachtung der Bearbeitungszentren wird

recht schnell deutlich, welch technischer Aufwand und

welches Know-how erforderlich sind: Mit Abmessungen

von etwa 8 x 4 x 3 m und einem Gewicht von 22 t erzeugen

die Bearbeitungszentren hochpräzise Öffnungen, Bohrungen

sowie Gewinde an vorgegebenen Positionen im

µm-Bereich. Dabei ist die Bearbeitungszeit eines Getriebes

so gering wie möglich zu halten, da es sich um Massenprodukte

handelt.

Die Getriebegehäuse werden zunächst mit Hilfe von

Warenträgern über Förderbänder vor den Bearbeitungszentren

positioniert. Eine Zuführvorrichtung nimmt die

Gehäuse auf und befördert sie ins Innere der Maschine,

um sie dort spanabhebend zu bearbeiten. An vorgegebenen

Positionen werden Bohrungen, Öffnungen und Gewinde

gesetzt beziehungsweise geschnitten. Zu diesem

Zweck befinden sich in den Bearbeitungszentren Arbeitsspindeln,

welche die erforderlichen Werkzeuge automatisch

aufnehmen. Die Maschinen sind derart konstruiert,

dass sie eine Vielzahl von Bohrungen und Gewinden

zeitgleich erzeugen können. Somit lässt sich die Bearbeitungszeit

eines Getriebegehäuses erheblich verkürzen

und die Wirtschaftlichkeit der Maschine erhöhen.

EXAKTE POSITIONSÜBERWACHUNG UNERLÄSSLICH

Für einen sicheren Ablauf des Produktionsprozesses ist

die Positionsüberwachung der Getriebegehäuse unerlässlich.

Die ifm-Abstandssensoren detektieren, ob sich ein

Warenträger an der Übergabestation befindet und ob dieser

ein Getriebegehäuse trägt oder frei ist. Es würden erhebliche

Schäden an der Maschine beziehungsweise der

Zuführeinheit und damit auch Ausfallzeiten entstehen,

wenn ein Getriebegehäuse aus dem Bearbeitungszentrum

auf eine bereits belegte Übergabestation befördert würde

oder gar kein Warenträger bereit stünde.

Früher realisierte Grüner Systemtechnik die Überwachung

mit optischen Standardsensoren. Nachteil: Die

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Sensoren mussten relativ nah am Förderband angebracht

werden. Folge: Spritzendes Kühlschmiermittel und Öl

gelangten häufig auf die Optiken der Sensoren, was Fehlschaltungen

verursachte. Dazu kam, dass man bedingt

durch die geforderte Genauigkeit der Positionsabfrage

und der großen Reichweiten, auf die Verwendung von

Einweglichtschranken angewiesen war. Bei den großen

Reichweiten war die Justage von Sender und Empfänger

zueinander besonders zeitraubend.

IN SICHERER ENTFERNUNG VOM FÖRDERBAND

Grüner Systemtechnik entschied sich, den efector pmd

der ifm electronic einzusetzen. Dabei handelt es sich

um einen optischen Abstandssensor. Seine Besonderheit:

Im Bereich von 0,2 bis 10 m lassen sich Abstände

millimetergenau erfassen. Mit diesem Leistungsmerkmal

ist es nun möglich, die Sensoren in sicherer Entfernung

vom Förderband zu betreiben. Geschützt vor

spritzendem Öl und Kühlschmiermittel können sie ihre

Aufgabe optimal erfüllen. Hinzu kommt, dass sich die

Abstände auch dann sicher erfassen lassen, wenn der

Lichtstrahl nicht senkrecht auf die Objektoberfläche

auftrifft. Bei nicht glänzenden Oberflächen, wie sie die

Getriebegehäuse aufweisen, darf der Einfallwinkel des

Lichtstrahls bis zu 45° betragen. Der Kundennutzen ist

klar: Im Vergleich zu optischen Standardsensoren ist

man bei der Wahl der Montageorte der Sensoren besonders

flexibel.

MILLIMETERGENAU BEI HOHEN REICHWEITEN

Der Abstandssensor efector pmd dient zur millimetergenauen

Abstandsmessung bei hohen Reichweiten.

Konventionelle Sensoren, die ebenfalls das Lichtlaufzeitverfahren

verwenden, benutzen als Empfangseinheit

eine Fotodiode. Eine zusätzliche Elektronik dient

zur Signalerfassung und -verarbeitung. Nachteil: Dieses

Sensordesign ist aufwendig, groß dimensioniert

und daher oftmals nicht für industrielle Positionsabfragen

einsetzbar und teuer.

Im Vergleich dazu ist das Empfangselement des PMD-

Sensors ein System-on-Chip-Design: Sowohl Sensorelement

als auch die Elektronik zur Signalauswertung sind

in einem einzigen Siliciumchip, dem sogenannten Photonenmischdetektor

(PMD), integriert. Vorteil: Dieses

innovative Design ermöglicht eine hohe Performance in

einem kompakten, industrietauglichen Gehäuse und das

zu einem Bruchteil des Preises herkömmlicher Systeme.

Die gemessene Entfernung wird auf dem 4-stelligen Display

angezeigt und lässt sich als skalierbares Analogsignal

ausgeben. Der Anwender kann zwei Schaltausgänge parametrieren,

die beim Erreichen einer bestimmten Distanz

oder eines bestimmten Abstandsbereichs schalten. Bis zu

50 Messungen pro Sekunde sind möglich. Der Lichtfleckdurchmesser

beträgt 6 mm bei 10 m Abstand. Der Sensor

eignet sich auch für Applikationen, bei denen es auf exakte

Hintergrundausblendung ankommt.

Dank der innovativen Abstandsensoren efector pmd

der ifm electronic erfolgt die Positionsabfrage der Getrie-

begehäuse bei Grüner Systemtechnik besonders einfach

und robust. Zur Wirtschaftlichkeit trägt auch ein Preis

bei, der in der Klasse der optischen Abstandsmessung

neue Maßstäbe setzt.

Autor

Dipl.-Ing. Patric Kister

ist Produktmanager Optische

Sensoren bei der

ifm electronic GmbH.

ifm electronic GmbH,

Friedrichstr. 1,

D-45128 Essen,

Tel. +49 (0) 201 24 22 15 14,

E-Mail: patric.kister@ifm.com

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praxis

Italienisches Walzwerk formt Stahl

mithilfe von schwedischen Drehgebern

Praxislösung fordert unterschiedliche Geräteeigenschaften in der Anlage

Erdbebenfester Stahl ist das Geschäft von Pittini, einem

italienischen Eisenhütten-Unternehmen. Bei

Ferriere Nord, dem Geschäftsbereich Walzwerk, werden

die Drehgeber von Leine & Linde seit Jahren erfolgreich

eingesetzt. Begonnen im Wärmeofen, durchläuft der rohe

Stahl verschiedene Stationen im Walzwerk. Spezielle

Drehgeber kommen gemäß den abschnittsspezifischen

Anforderungen dabei an fast jeder entscheidenden Stelle

zum Einsatz.

Genauigkeit gelingt durch Drehgeber

Der Stahl wird in dem vor drei Jahren in Betrieb genommenen,

mit Erdgas beheizten Wärmeofen erhitzt, bis er

weiß glüht. Der Durchsatz der Heizmaschine beträgt

150 t/h bei kalter Beschickung und 200 t/h bei heißer

Beschickung. Multiturn-Absolutdrehgeber mit überstehender

Welle vom Typ RSA 608 (Bild 1) sind an der

Zuführungs- und Beschickungsanlage des Ofens angebracht,

um die Genauigkeit der Zubringungen zur

Maschine sicherzustellen. Bei der Wechselstrom-Motorisierung

in der Ofen-Zuführung sind inkrementale

Hohlwellen-Drehgeber der Serie RSI 503 (Bild 3) im

Einsatz, um eine Rückführung der Motordrehzahl

zu gewährleisten.

Für die Beschickung des Ofens bevorzugt der Anwender

den Einsatz einer Seilzug-Abwickelungseinrichtung

mit Drehgeber. Diese Technik kommt insbesondere bei

der Automatisierung des Beschickungstisches und des

Knüppel-Wahlschalters zum Einsatz.

Zur Vermeidung von Winkelpositionsmessungen werden

die Mechanismen mit Seilzug bei dieser Anwendung

eingesetzt. Sie ermöglichen eine höhere Genauigkeit.

Die lineare Bewegung des Seilzugs folgt direkt der

Achsbewegung und vermeidet somit Fehler. Zudem

erlaubt sie Einsparungen von Material und mechanischem

Projektierungsaufwand. Eine präzise Montage

ist notwendig, da der Seilzug ohne Winkelbildung abrollen

muss.

Auf Anwendungen in der rauen Umgebung der Eisenmetallurgie

hat Leine & Linde seine Drehgeber samt Zubehör

(Kupplungen, elektronische Geräte und Seilzug-Abwickelmechanismen)

bereits seit längerem spezialisiert. Der

schwedische Hersteller unterstützte die Konstrukteure der

Pittini-Walzanlage in langen Projektphasen mit seinem

Know-how. Über die Jahre entwickelte Leine & Linde gemeinsam

mit den Italienischen Anwendern eine werksorienterte

Lösung. Jeder Anlagenteil hat nämlich seine eigenen

Problematiken und benötigt eine gezielte Geräte-Auswahl

für seine optimale Funktionalität.

Motorisierte Vorwalzgerüste

Nachdem der weiß glühende Knüppel den Ofen verlassen

hat, beginnt sein Weg auf einem Rollenförderer zum Vorwalzen.

Dazu gelangt er in einen der zwei parallelen

Transportkanäle die zu den vier größeren Vorwalzgerüsten

der Anlage führen. Diese Gerüste bestehen aus zwei

Zylindern, durch die man den heißen Stahl passieren

lässt. Er reduziert sich beim Durchlauf und nimmt die

gewünschte Form an. Dabei spielt das „Zylinderlicht“ (der

Raum zwischen einem Zylinder und dem anderen, durch

den das Metall gezwungen wird) eine tragende Rolle. Es

wird immer kleiner, damit der Stahl letztendlich seine

genaue Passform erreicht. Für die Berechnung dieses

„Zylinderlichts“ in den Gerüsten und zur Festlegung der

Knüppel-Abmessungen, die man mit dem Walzen dieses

Gerüsts erreichen möchte, werden wieder die bereits

erwähnten Absolut-Drehgeber mit Hohlwelle vom

Typ RSA 608 (Bild 1) verwendet.

Die Gerüste selbst sind Gleichstrom-motorisiert mit

Rückführung durch Drehgeber des Typs RSI 503-52CLS

(Bild 3). Es handelt sich um robuste Drehgeber, die sich

zum Arbeiten mit Gleichstrom-Motorisierungen mit großen

Abmessungen eignen. Der technische Ausgang ist

strombegrenzt, um mit bestimmten DC-DC-Umrichtern

besser kommunizieren zu können.

Anbindung über Profibus DP

Die Anbindung erfolgt über Profibus DP, indem man herkömmliche

serielle Drehgeber mit EnDat-Schnittstelle in

abgesetzter Kombination mit einem Profibus-Gateway

einbaut, das der Anwendung gewidmet ist. Auf diese Art

kann Ferriere Nord auch bei dem Gerüste-Teil mit Profibus

arbeiten. Ohne den gewidmeten Drehgeber RHA 608 hätte

diese Anwendung mit einer seriellen Punkt-zu-Punkt

Verbindung entwickelt werden müssen, zulasten der Vorteile

der zentralisierten Steuerung und Diagnose.

Schopfscheren fordern robuste Sensoren

Der Stahl durchfährt nun die mittelgroßen und schließlich

die Feinbearbeitungs-Gerüste. Die Linie wird entsprechend

dem Produktionstyp, den man erhalten möchte,

zweigeteilt. Es geht durch zwei Danieli-Monoblöcke mit

synchroner Motorisierung. Dies wird durch zwangsbelüftete

Asynchronmotoren von ABB und Leine & Linde-Inkremental-Drehgeber

vom Typ 861 (Bild 4) realisiert.

Die Drehgeber der Baureihe 861 besitzen ein robustes

Aluminiumgehäuse der Schutzart IP 66. Sie verfügen

über 6 oder 3 kurzschlussfeste Ausgänge und eine elektrisch

isolierte Hohlwelle mit einem Durchmesser von

12 oder 16 mm. Die für eine Versorgungsspannung von

5 V beziehungsweise 9...30 V ausgelegten Drehgeber

sind mit dem Advanced Diagnostic System ADS ausgestattet.

Die Strichzahl ist in feinen Abstufungen von

500 bis 10 000 wählbar oder auch an die jeweiligen Anforderungen

anpassbar. Die Anzahl der Messschritte

entspricht der 4-fachen Strichzahl und erreicht maximal

40 000 Messschritte pro Umdrehung. Die Betriebstemperatur

darf zwischen -20 °C und +80 °C betragen.

Mit 10 g ist die Schwingfestigkeit angegeben. Die Stoßfestigkeit

liegt bei 100 g.

Nach dem Durchlauf der Gerüste hat das Produkt die

gewünschten Eigenschaften und Abmessungen erreicht.

Es folgt die Stahlbearbeitung durch die zwei Schopfscheren.

An Spitze und Ende des Stahlknüppels können Fehler

im Walzprozess entstanden sein. Die Drehgeber in

den Scheren müssen robust sein. Die Bearbeitung des

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Bild1: Die Drehgeber werden häufig durch

Metallgehäuse geschützt. Hier handelt es sich um

einen Absolutdrehgeber vom Typ RSA 608.

Bild 2:

Funkenflug, harte

Bearbeitungsstöße,

schwieriges

Material: In Stahlwerken

sind die

Umgebungsbedingungen

rau.

Bild 3: Ein Inkrementaldrehgeber der Serie RSI

503 mit Abwickelmechanismus mit 5 m langem

Seilzug in einer Spulenwickel-Anwendung.

Bild 4: Inkrementaldrehgeber der Baureihe 861,

der vom Motorhersteller neu lackiert wurde.

Bilder: Leine & Linde

Metalls versetzt der Maschine, einschließlich des Sensors,

beachtliche Stöße. Den Anlagen-Entwicklern werden

daher für diese Einsätze die Heavy-Duty-Produkte

empfohlen. Der normalerweise am meisten verwendete

Typ ist ein Drehgeber der Serie 850 mit vorstehender

Welle. Es handelt sich um ein Produkt mit Wellenkeil

für eine bessere Verbindung mit der Kupplung und einem

Euro-Flansch mit guten Kenndaten bezüglich der möglichen

axialen oder radialen Belastungen, die sich aus

den Maschinenkräften ergeben.

Nach dem Abschopfen trifft der geformte Stahlknüppel

auf seinem Weg auf einen neuen Zug von vier als mittelgroß

definierten Gerüsten, die ebenfalls Gleichstrommotorisiert

sind.

Abkühlung und Auslieferung

Schließlich wird das Metall auf Kühlteppichen abgelegt.

Die Teppiche sind ebenfalls motorisiert, jedoch mit kleinen

Gleichstrom-Motoren, bei denen keine Drehgeber

nötig sind. Nach dem Abkühlen gelangt das Metall in die

Endphase. Es wird zu Coils geformt, verdichtet und auslieferungsfertig

gebundend. Bei Pittini ist auch diese Phase

in der Belieferungsanlage, einer Sund-Anlage, vollständig

automatisiert. Die vorgestellten Drehgeber kommen

dort ebenfalls zum Einsatz.

Der Pittini-Stahl gilt wegen seiner Duktilität als erdbebenfest.

Nicht nur in Italien ist er aufgrund seiner Eigenschaften

daher so beliebt.

Autor

Klaus Korger

(Techn. Betriebswirt) ist

Geschäftsführer der Leine &

Linde (Deutschland GmbH)

in Aalen.

Leine & Linde (Deutschland),

Bahnhofstraße 36,

73430 Aalen,

Tel.: +49 (0) 7361 78 09 30,

E-Mail: k.korger@leinelinde.de

atp edition

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17

anche

Common Components gewährleisten eine

„eingebaute“ Interoperabilität bei FDT 2.0

Toolkit für Rahmenapplikation bereits verfügbar – Entwicklung für die DTM-Seite läuft

Um die Interoperabilität von FDT-2.0-Produkten von

Anfang an zu gewährleisten, stellt die FDT Goup ihren

Mitgliedern sogenannte Common Components (CC)

als Toolkit zur Vefügung. Diese Komponenten bilden die

Basis für Produkte, die die neue FDT-2.0-Spezifikation

unterstützen. Neben der hohen Qualiät durch intensive

Tests ermöglichen die Komponenten die Reduktion des

Entwicklungsaufwands und eine schnellere Bereitstellung

von Produkten. Durch die eingebaute Interoperabilität

reduziert sich der Aufwand für die Zertifizierung

und die Inbetriebnahme im Feld.

FDT GROUP STELLT BASISKOMPONENTEN BEREIT

Nach Abschluß der FDT-2.0-Spezifikation hat die FDT

Group das nächste Projekt in Angriff genommen: die Bereitstellung

von Komponenten für die Entwicklung von

FDT-2.0-Produkten. Damit soll von Anfang an die Basis

gelegt werden für eine hohe Produktqualität und eine

hohe Interoperabilität zwischen den Produkten. Bei FDT

1.x lag der Schwerpunkt auf der Bereitstellung von Testund

Zertifizierungswerkzeugen. Mit FDT 2.0 geht die FDT

Group nun einen Schritt weiter und stellt Basiskomponenten

für ihre Mitgliedsfirmen bereit.

Das Objektmodell in FDT 2.0 wurde gegenüber FDT

1.x vereinfacht und auf die wesentlichen Teile konzentriert

(Bild 1). Das Objekt „Frame Application“ repräsentiert

die FDT-Rahmenapplikation, oft auch FDT-

Container genannt. Es stellt die Schnittstelle zur Verfügung,

damit ein DTM (Device Type Manager) in der

Applikationsumgebung ausführbar ist. Der DTM repräsentiert

das entsprechende Feldgerät und besteht

üblicherweise aus zwei Teilen, dem „DTM User Interface“

und der „DTM Business Logic“. Das Objekt „Communication

Channel“ kommt bei Kommunikationsund

Gateway-DTMs zum Tragen. Das in FDT 1.x verwendete

Objekt „Process Channel“ steht für Prozessdaten

und wird jetzt durch eine Datenstruktur ersetzt

(„Process Data Info“).

INTERAKTION LÄUFT ÜBER RAHMENAPPLIKATION

Die Interaktion zwischen den DTM-Objekten erfolgt gemäß

Bild 2 immer über die Rahmenapplikation und nicht

mehr direkt zwischen DTMs. Dadurch wird unter anderem

die Anzahl der Interfaces reduziert und die Verteilung

der DTM-Komponenten auf unterschiedliche Systeme

wird möglich, ohne dass die jeweiligen DTM-Objekte

Kenntnis davon haben müssen (Bild 3).

Das Konzept der Bereitstellung von Basiskomponenten

für die Entwicklung von FDT-2.0-Produkten nennt sich

Common Components. Dieses Konzept fußt auf der oben

vorgestellten Architektur. Dabei sind jeweils die beiden

Gegenstücke Rahmenapplikation und DTM zu betrachten.

In Bild 4 ist die prinzipielle Struktur bei der Nutzung

der Common Components dargestellt. Auf jeder

Seite gibt es jeweils eine CC, die die FDT-2.0-Schnittstellen

abdeckt. Auf der Seite der Rahmenapplikation

kommt noch die Unterstützung von FDT 1.x hinzu

zwecks Gewährleistung der Rückwärtskompabilität.

Aufbauend auf der jeweiligen CC werden dann die produktspezifischen

Anteile implementiert. Die CC stellen

eine Abstraktionsebene dar, die sicherstellt, dass sich

die Komponenten gemäß der FDT-2.0-Spezifikation verhalten.

Diese Vorgehensweise bringt enorme Vorteile

sowohl für die Hersteller von FDT-Produkten als auch

für die Endanwender:

Sicherstellung der Interoperabilität durch einheitliche

Nutzung der FDT-2.0-Schnittstellen und

gemeinsame Tests während der Entwicklung

höhere Qualität durch vorgefertigte und intensiv

getestete Komponenten

schnellere Entwicklung von FDT-Produkten

(Time-to-Market)

Reduzierter Testaufwand (sowohl Einzeltests als

auch Interoperabilitätstests verschiedener Hersteller)

Reduktion des Entwicklungsaufwands (Kosten)

Konzentration auf die Implementierung der

applikationsspezifischen Produktanteile

Vereinfachung der Zertifizierung von FDT-2.0-

Produkten

Reduzierter Aufwand bei der Kommisionierung

im Feld

AUFBAU DER RAHMENAPPLIKATION

Die Struktur der CC für Rahmenapplikationen zeigt

Bild 5. Der blaue Kasten beinhaltet die Funktionalität

der CC. Mithilfe dieser Komponenten kann eine FDT-

Rahmenapplikation entwickelt werden, die DTMs der

Versionen 1.x und 2.0 unterstützt. Es werden Basisfunktionen

zur Verfügung gestellt, die jede Rahmenapplikation

üblicherweise benötigt. Die CC ist bereits seit einigen

Jahren für FDT 1.x am Markt verfügbar und wird

jetzt um FDT-2.0-Funktionalitäten erweitert. Ein Prototyp

ist bereits verfügbar und wird bei der Entwicklung

der DTM-CC zum Testen verwendet. Da bereits heute

viele FDT-Group-Mitglieder diese Komponente in ihren

Produkten einsetzten, hat die FDT Group auf eine Neuentwicklung

im Rahmen von FDT 2.0 verzichtet. Stattdessen

wird die Komponente als Common Component

für Rahmenapplikationen von der FDT Group zertifiziert

und mit einer vertraglichen Vereinbarung rechtlich

abgesichert.

Um den Firmen, die die Komponente heute nicht in

ihren Produkten einsetzen, die Migration zu FDT 2.0 zu

erleichtern, werden Teile der Rahmenapplikation CC als

sogenannte Low Level-Komponente zur Verfügung gestellt.

Hierbei handelt es sich um die im Bild 5 mit rötlicher

Farbe dargestellten Blöcke.

LOW-LEVEL-KOMPONENTE ERLEICHTERT WECHSEL

Interaction Manager: Dieser Block ist die Schnittstelle

zwischen Rahmenapplikation und DTM, da der

Datenaustausch immer hierüber erfolgt. Der Interaction

Manager entkoppelt die FDT-2.0-Objekte. Dadurch

wird die Interoperabilität verbessert. Die Regeln

für die Synchronisation und die parallele Ab-

18

atp edition

6 / 2011

BILD 1: Das Objektmodell in FDT 2.0 wurde gegenüber FDT 1.x

vereinfacht und auf die wesentlichen Teile konzentriert.

BILD 2: Die Interaktion zwischen den DTM-Objekten

erfolgt immer über die Rahmenapplikation und nicht

mehr direkt zwischen DTMs.

Bild 4: Das Konzept der Common Components

System

FDT 1.x-Schnittstelle

Rahmenapplikation

Rahmenapplikation CC

Rahmenappl. CC-Schnittstelle

FDT 2.0-Schnittstelle

DTM

FDT 1.x

DTM CC

DTM

FDT 2.0

DTM CC-

Schnittstelle

BILD 3: Durch die neue Strutkur wird unter anderem

die Anzahl der Interfaces reduziert.

BILD 4: Das Konzept der Common Components: Auf jeder Seite

befindet sich jeweils eine CC, die die FDT 2.0 Schnittstellen abdeckt.

wicklung von Tasks gemäß Spezifikation können hier

geprüft werden. Durch die Entkopplung wird auch die

Verteilung von Komponenten auf unterschiedliche

Systeme unterstützt („Remoting“, Bild 3). Weiterhin

ist hier das Logging aller FDT-2.0-Aufrufe möglich,

was insbesondere für den Test der Objektinteraktionen

hilfreich ist.

Surrogate/Proxy (CLR Extension Concept): Dieser

Block ermöglicht die Verwendung von DTMs, die eine

andere .NET-Laufzeitumgebung erwarten, als die der

Rahmenapplikation (Common Language Runtime). Dieser

Block stellt den Stellvertreter (Proxy) des DTM dar,

der eine andere .NET-Laufzeitumgebung benötigt. Der

DTM läuft dann in einem eigenen Betriebssystem-Prozess

(Surrogate genannt), der unabhängig von dem der

Rahmenapplikation ist.

Data Type Converters: Dieser Teil stellt Funktionen

bereit, die es DTMs der Version 1.x und 2.0 erlauben,

miteinander zu kommunizieren. (Rückwärts-Kompatibilität).

Hier werden die XML-Dokumente aus FDT

1.x in Datentypen von FDT 2.0 transformiert und umgekehrt.

atp edition

6 / 2011

19

anche

Bild 6: DTM CC - Architektur

IDtmUiFunction

IDtmUiFunction

DTMUI

Container

IFrameUi

Custom

DTM UI

IDtm

IDtm

IDeviceModel

DTMBO

Container

DTMBO

Core

IDtmCC

Device

Model

ICommunicationChannel

DTM

Channel

BILD 5: Die Struktur der CC für Rahmenapplikationen: Der blaue

Kasten beinhaltet die Funktionalität der CC. Mihilfe dieser

Komponenten kann eine FDT Rahmenapplikation entwickelt

werden, die DTMs der Versionen 1.x und 2.0 unterstützt.

Bild 7: DTM BO Core

BILD 6: Die CC deckt alle FDT-2.0-Schnittstellen eines

DTM ab (gestrichelter Kasten). „Customer DTM UI“

und „Device Model“stellen den herstellerzifischen

Implementierungsanteil dar.

IDtm

ISignal

ISignal

Incoming

Call /

Signal

Adapter

Execution

Engine

Incoming

Signal /

Call

Adapter

Lifetime

Manager

Configuration

Manager

BILD 7: Eine Verfeinerung

der Architektur

der Kernkomponente:

Im Zentrum der

Komponente steht die

Ausführung von

FDT-2.0-Aufrufen

(Execution Engine) im

Zusammenspiel mit

der Zustandsmaschine

eines DTM.

DTMBO

Container

IFrame

Outgoing

Signal /

Call

Adapter

ISignal

ISignal

State Machine

ISignal

Outgoing

Call /

Signal

Adapter

Parameter

Manager

Function

Manager

Communication

Manager

Topology

Manager

Device

Model

COMMON COMPONENT FÜR ALLE SCHNITTSTELLEN

Die Architektur für die DTM CC zeigt Bild 6. Die CC deckt

alle FDT-2.0-Schnittstellen eines DTM ab (gestrichelter

Kasten). Der herstellerspezifische Implementierungsanteil

ist durch die beiden Elemente „Customer DTM UI“

(grafische Benutzeroberfläche eines DTM) und „Device

Model“ (gerätespezifische Funktionen) dargestellt. Der

Block „DTM BOCore“ ist der wesentliche Teil der DTM CC

und implementiert die Logik der Common Compent. Der

Block „DTMBO Container“ repräsentiert das Objekt

„DTM Business Logic“ nach außen und offeriert der Rahmenapplikation

die FDT-2.0-Schnittstelle eines DTM

(Bild 2 und 3). Eine Verfeinerung der Architektur der

Kernkomponente zeigt das Bild 7. Im Zentrum der Kom-

20

atp edition

6 / 2011

ponente steht die Ausführung von FDT-2.0-Aufrufen

(Execution Engine) im Zusammenspiel mit der Zustandsmaschine

eines DTM. Eingehende Aufrufe von der Rahmenapplikation

beziehungsweise des Gerätemodells

werden in Signale umgewandelt, die von der Verarbeitungseinheit

weiterverarbeitet werden.

Bei ausgehenden Aufrufen werden Signale als Ergebnis

der Verarbeitung in entsprechende Funktionsaufrufe

umgesetzt. Im zentralen Teil werden die Signale in Warteschlangen

verwaltet und in der entsprechenden Reihenfolge

in der Zustandsmaschine verarbeitet. Die Verarbeitungseinheit

ermöglicht die parallele Verarbeitung

von einund ausgehenden Aufrufen, sowie die Handhabung

von Asynchronität durch eigenständige Tasks.

Durch diese Struktur ist gewährleistet, dass die synchrone

und asynchrone Verarbeitung gemäß der Spezifikation

vonstatten geht.

MANAGER REALISIEREN WEITERE FUNKTIONEN

Weitere Funktionen eines DTMs werden durch entsprechende

Verwaltungskomponenten („Manager“) realisiert:

Lifetime Manager für das Starten und Beenden des

DTM inklusive der Initialisierung des Gerätemodells

Configuration Manager für die Konfigurierung des

DTMs und die Bereitstellung dieser Daten für die

Rahmenapplikation

Parameter Manager für die Verwaltung der DTM-

Datensätze (Transaktionen, Online/Offline)

Function Manager für die Ausführung von DTM-

Funktionen, das Öffnen/Schliessen von User-Interfaces

Communication Manager für die Kommunikation zu

über- beziehungsweise untergeordneten Objekten

Topology Manager für die Durchführung von Operationen,

die mit der Topologie zusammenhängen

(etwa Netzwerk-Scan, Protokollinformation, Erzeugung

von „Kinder“-DTMs)

ENTWICKLUNGSPROJEKT FÜR DIE DTM-SEITE

Während für die Rahmenapplikation bereits eine verfügbare

CC existiert, muss auf der DTM-Seite eine solche

Komponente noch entwickelt werden. Dafür hat die

FDT Group ein Projekt ins Leben gerufen. Die DTM-CC

soll dann den Mitgliedern zur Verfügung gestellt werden.

Zur Finanzierung haben sich zwanzig FDT-Group-

Mitgliedsfirmen in einem Konsortium zusammengeschlossen

und die Implementierung an einen Dienstleister

vergeben. Alle teilnehmenden Firmen erhalten

am Ende des Projekts die Entwicklungsergebnisse

(Source Code, Dokumente, Test Skripts), um daraus ihre

gerätespezifischen DTMs zu erstellen (Geräte-, Kommunikations-

und Gateway-DTM). Die Rechte der Entwicklung

liegen bei der FDT Group, sodass sichergestellt ist,

dass jedes FDT-Group-Mitglied die Komponente erwerben

und einsetzen kann.

Das Entwicklungsprojekt wurde Anfang des Jahres

gestartet und hat eine Laufzeit von zirka einem Jahr.

Der Entwicklungsprozess folgt den Prinzipien von

Scrum. Die Entwicklung ist also in sogenannte

„Sprints“ unterteilt, die jeweils einen Monat dauern.

Am Ende eines jeden Sprints stehen installierbare

und lauffähige Software sowie automatisierte Tests

zur Verfügung. So können sich die teilnehmenden

Firmen in einem frühen Stadium mit der Software

vertraut machen und entsprechendes Feedback geben.

Das Projekt wird begleitet von einem Team von FDT-

Experten, die nach jedem Sprint ein umfassendes

Review durchführen.

Die während der Entwicklung entstehenden Tests können

später auch von den Entwicklern von DTMs für Regressiontests

genutzt und erweitert werden. Bereits nach

zwei Sprints waren zirka 200 Testfälle erstellt worden.

Im Rahmen des Projekts erfolgt auch eine enge Zusammenarbeit

mit dem Entwicklungsteam der Rahmenapplikation

CC. Intensive Tests stellen sicher, daß die Interoperabilität

zwischen Rahmenapplikation und DTM für

FDT 2.0 von Anfang an gewährleistet ist.

NEUS GREMIUM STEUERT WEITERENTWICKLUNG

Neben Qualität und Entwicklungseffizienz, ist Interoperabilität

der wichtigste Erfolgsfaktor für Technologien,

die auf offenen Standards basieren. Der Einsatz der

Common Components reduziert dramatisch die Komplexität,

die durch die unzähligen Kombinationsmöglichkeiten

von Systemen und Geräten entsteht.

Nach der Entwicklung der Komponenten geht die Qualitätssicherung

durch die FDT Group weiter. Es wird ein

„Change Control Board“ installiert, das die Wartung und

Weiterentwicklung der Common Components Toolkit

steuert. Dadurch wird sichergestellt, daß die Qualität

und Konsistenz der Komponenten über die gesamten

Lebenszyklus erhalten bleibt.

Autor

Dipl.Ing. (FH) Manfred

Brill (geb. 1954) ist bei

Schneider Electric, Unternehmensbereich

Industrie,

für die Harmonisierung von

Softwarewerkzeugen tätig.

Brill ist seit 2005 Mitglied

im Executive Committee der

FDT Group. Er ist auch

Projektleiter der FDT Group für die Entwicklung

der in diesem Beitrag beschriebenen

Komponenten für FDT 2.0.

Schneider Electric Automation GmbH,

Steinheimer Strasse 117,

D-63500 Seligenstadt,

Tel. +49 (0) 6182 81 22 73,

E-Mail: manfred.brill@schneider-electric.com

atp edition

6 / 2011

21

anche

Die Fabrik auf dem Büroschreibtisch: virtuelle

Lösungen für den Erfolg realer Anlagen

Simulation vereinfacht die Inbetriebnahme und bildet das Bedienungspersonal besser aus

Was vor einigen Jahren kaum denkbar war, wird immer

mehr zum Standard. Die Fabrik auf dem

Schreibtisch im Büro ist Wirklichkeit geworden: Die

Software zur Automatisierung einer realen Anlage wird

mittels einer simulierten, virtuellen Anlage im Büro erstellt

und getestet. Und auch die Steuerungsumgebung

kann virtuell generiert und getestet werden. Diese virtuellen

Systeme lassen sich auch leicht für Schulungen

der Bediener oder für weitere Zwecke einsetzen.

Wesentliche Gründe für den Einsatz einer Simulation

in der Automatisierung sind das Einsparen von Zeit und

Geld, das Ersetzen von im Büro nicht vorhandenen Systemen

und das Training von Personal für kritische Situationen.

In der Vergangenheit – teilweise sogar noch

heute – treffen Automatisierungssoftware und die Anlage

erst bei der Inbetriebnahme aufeinander. Lange Inbetriebnahmezeiten

aufgrund ungenügender oder fehlerhafter

Abbildung der Anlage in der Software sind dabei

oft die Realität, während der Endkunde die Anlage schon

zum Produzieren nutzen möchte. Im Extremfall kann es

wegen der noch fehlenden Qualität zu Fehlverhalten

kommen und Geräte und Anlagenteile können dadurch

beschädigt oder zerstört werden. Ein solches Fehlverhalten

kann auch deswegen entstehen, weil die Simulation

direkt in den Automatisierungscode geschrieben und

dieser auf der Anlage nicht eliminiert oder komplett ausgeschaltet

wird.

Doch mit einer Simulation sollten auch Qualität ausgeliefert

und Fehler minimiert werden. Denn wenn der

Stecker des Simulationssystems erst mal gezogen wird,

ist jeglicher Simulationsmodus auf der realen Anlage

nicht mehr vorhanden.

Schon beim Engineering

wird die Anlage simuliert und die

Auto matisierungssoftware getestet.

Es entsteht eine komplette

virtuelle Umgebung im Büro.

Visualisierungs-

Visualisierungsoder

Processoder

Process-

Control-System

Control-System

Simulations-System

Simulations-System

Fabrik/Fertigung, Ihr Prozess

Fabrik/Fertigung, Ihr Prozess

Geräte (Simit)

Geräte (Simit)

beliebig im Netzwerk verteilbar / realtime

beliebig im Netzwerk verteilbar realtime

Engineering-

Engineering-

System

System

(Simatic-Manager)

(Simatic-Manager)

Simatic-

Simatic-

Steuerungen

Steuerungen

(Simit-Emu)

(Simit-Emu)

1 bis > 60

bis 60

Zur Absicherung

der Softwarequalität,

wird die Simulation

beispielsweise

in der Zementindustrie

eingesetzt.

Bilder: Siemens

22

atp edition

6 / 2011

Zwei in Einem

VIRTUELLES ENGINEERING STEIGERT DIE QUALITÄT

Das Engineering für die Automatisierung findet in der

Regel in einer Büroumgebung statt. Dort gibt es jedoch

keine automatisierenden Geräte und Anlagen. Wenn es

sich um eine Neuanlage handelt, ist diese auch in der

Realität noch nicht vorhanden. Simulation macht hier

ein qualitativ hochwertiges Engineering erst möglich

und liefert sozusagen die Anlage auf den Schreibtisch

– mit all ihren Motoren, Lichtschranken, Pumpen, Ventilen

und so weiter.

Bedeutsam ist die Simulation auch für Trainingszwecke.

Denn Personal, das ungenügend trainiert

wurde, wird in vielen Fällen falsch reagieren. Dies

kann zu Produktions- und Qualitätsverlusten führen

oder eventuell sogar zur Gefährdung von Anlagen,

Personen oder der Umwelt. Mit einer Simulation gewinnt

der Bediener Erfahrung in einer sicheren Umgebung

und reagiert auf der realen Anlage richtig.

AUTOMATISIERUNGSTEST UND TRAINING

Wollte man früher seine Automatisierung in einer annähernd

realen Umgebung testen, wurden je nach Größe

der Applikation mehrere Schaltschränke oder Racks

aufgebaut. Im Extremfall und bei Platzmangel musste

man vielleicht sogar eine Halle anmieten. Und dann

galt es die Technik zu verkabeln. Zur Simulation wurden

Testboxen angeschlossen, über die per Knopfdruck

oder Potenziometer Werte vorgegeben werden konnten.

Komplexe oder schnelle Signalabläufe ließen sich so

aber nicht testen. Die Testtiefe blieb extrem gering und

auf der realen Anlage war noch viel zu tun.

Darüber hinaus durften die Bediener erst kurz vor

Ende der Inbetriebnahme an die Anlage. Oftmals benötigten

sie dann viele Wochen, bis sie mit der neuen

Automatisierung vertraut waren und die volle Verfügbarkeit

und Produktivität der Anlage erreicht war. Da

sie nicht in allen Belangen ausgebildet waren, reagierten

sie bei Fehlern falsch. Dies führte zu Ausfallzeiten

der Anlage sowie zu Mängeln an den Produkten.

BIS ZUR VOLLEN VERHALTENSSIMULATION

Mit den heute verfügbaren Lösungen wird die Anlage

bereits beim Engineering simuliert und die Automatisierungssoftware

getestet. Szenarien und Situationen

für die Abnahme können schon im Büro definiert und

gespeichert werden. Per Knopfdruck ruft man diese

beim Abnahmetest mit dem Kunden wieder auf. Beide

Seiten, Lieferant und Kunde, können so sehen, was die

Software leistet und ob die Erwartungen erfüllt wurden.

Damit kann die Software bereits mit einer hohen

Qualität in die Anlage integriert werden, was zu wesentlich

kürzeren Inbetriebnahmezeiten führt. Die

erreichten Werte bewegen sich in der Regel zwischen

30 und 80 %. In einigen Fällen kam es sogar zu einer

Einschaltinbetriebnahme. Das heißt, es wurden keine

Fehler mehr festgestellt. Da es wesentlich weniger Unstimmigkeiten

gibt, wird das Kunde-Lieferanten-Verhältnis

gestärkt.

A01095DE

• Industrieregler TROVIS 6495-2

Viele Regelanwendungen benötigen zwei

Regelkreise, die der neue Industrieregler

TROVIS 6495-2 beherrscht. Er ist kinderleicht

zu bedienen und führt mit seinen gut

strukturierten Klartextmenüs bis in detaillierteste

Funktionen.

Fachkundigen sei verraten, dass der Regler

u. a. die Strukturumschaltung gleitend

fahren, seinen I-Anteil begrenzen und Störgrößen

vielseitig aufschalten kann.

Natürlich lassen sich die Einstellungen

auch mit der kostenfreien Software

TROVIS-VIEW vornehmen.

Zum Schnuppern dient ein kostenfreier

Software-Emulator mit identischer Bedienung.

Am besten gleich mal ausprobieren

unter:

www.samson.de Produkte

Support & Downloads

SAMSON AG • MESS- UND REGELTECHNIK

Weismüllerstraße 3 • 60314 Frankfurt am Main

Telefon: 069 4009-0 • Telefax: 069 4009-1507

E-Mail: samson@samson.de • www.samson.de

anche

Zur Simulation bietet Siemens Industry Solutions zwei

Systeme: Mit Simit werden sowohl die Signale als auch

die Aktoren (zum Beispiel Motor) und Sensoren (beispielsweise

Lichtschranke) simuliert. Das Ganze kann

ausgebaut werden und ist skalierbar bis zur vollen Verhaltenssimulation.

Die Projektierung der Simulation

geschieht grafisch und ist leicht zu erlernen. Damit lässt

sich eine simulierte Anlage über Orginalbussysteme wie

Profinet und Profibus an eine echte Steuerung anschließen.

Failsafe-Signale können ebenfalls simuliert werden,

das heißt, die Steuerungssoftware bleibt unverändert.

Simit-Emu emuliert Steuerungen des Typs Simatic-S7.

Das heißt, die Anwendersoftware der Steuerungen läuft

auf einer PC-Plattform. Diese Plattform emuliert zusätzlich

das Verhalten und viele Eigenschaften einer Steuerung,

beispielsweise bezüglich Failsafe oder der Kommunikation

mit weiteren emulierten Steuerungen, aber

auch in einer gemischten Konfiguration mit echten Steuerungen.

Das größte bisher emulierte System umfasst 59

Steuerungen.

TRAININGSSZENARIEN MIT ECHTER APPLIKATION

In kleineren Fällen kann ein solches System sogar auf nur

einem PC installiert werden. Bei größeren Systemen lassen

sich die einzelnen Applikationen frei im Netzwerk

verteilen. Ein Knopfdruck genügt, um den Zustand aller

Steuerungen und der Simulation gleichzeitig und zu jeder

Zeit zu speichern und wieder aufzurufen. Dabei kann der

Zeitpunkt der zu speichernden Situation auch in der Vergangenheit

liegen. Die Vorbereitung, Speicherung und

Durchführung von Test-, Debugging- und Abnahmeszenarien

werden damit sehr einfach. Vor allem Szenarien,

die auf der Anlage möglichst nicht durchgeführt werden

sollten (Gefährdung von Mensch, Maschine oder Umwelt),

lassen sich so gefahrlos abnehmen.

Mit einer vollständig virtuellen Plattform und der

Möglichkeit, komplexeste Zustände auf Knopfdruck zu

speichern, lässt sich auch ein Trainings- und Know-how-

Managementsystem einfach aufbauen. Denn für jedes zu

trainierende Szenario wird der Anfangszustand gespeichert

und ist sofort wieder abrufbar. Damit ist das System

auch für kurze Trainingszeiten nutzbar, zum Beispiel

während einer Gerätewartung. Da auf der Plattform

die echten Applikationen der Steuerungsebene und der

Prozessleitebene laufen, lernt der Bediener genau mit

einer Replika seiner eigenen Anlage.

SIMULATION IST IN DER PRAXIS BEREITS REALITÄT

Somit lassen sich Szenarien testen, wie zum Beispiel das

Hoch- und Herunterfahren von Anlagen und Applikationen,

ein Produkt- oder Produktmixwechsel, ein Lastwechsel

oder verschiedene Fehlerszenarien. Das können

beispielsweise fehlende Rückmeldungen, Rohrleitungsleckagen,

Blockierung von Antrieben oder der Ausfall von

Messaufnehmern sein.

In einem weiteren Schritt kann jede Änderung am laufenden

System in der virtuellen Umgebung evaluiert und

die Installation gefahrlos ausprobiert werden. Da nur

evaluierte Veränderungen eingebracht werden, erhöht

sich dadurch auch die Verfügbarkeit der Anlage.

Beispiele zeigen die Vorteile in der Praxis. Beim Test

von Software in der Zementindustrie waren früher etwa

zwei Wochen Aufwand zur Vorbereitung für den Factory

Acceptance Test (FAT: Abnahmetest) notwendig. Für

die Entfernung aller Testmodifikationen musste eine

weitere Woche eingerechnet werden. Es blieb die Unsicherheit,

ob alle Testmodifikationen wieder entfernt

wurden, was auf der Anlage zu Fehlverhalten führen

konnte. In den eigentlichen Tests ließ sich nur eine geringe

Testtiefe erreichen. Zudem wurden nur Teiltests

durchgeführt.

Heute wird der Test mithilfe von Simulation durchgeführt.

Diese wird zu einem großen Teil generiert. Die

Vorbereitungszeit ist auf zirka zwei Tage geschrumpft. Da

mit dem Ziehen des Steckers alle Simulationsfunktionen

definitv entfernt sind, entfällt auch die Nachbereitung.

Der Fall des holländischen Wasserversorger PWN (Waterleidingsbedrijf

Noord-Holland) zeigt den Einsatz einer

kompletten virtuellen Plattform in der Wasseraufbereitung

(atp edition berichtete in Ausgabe 3/2011, S. 62-63).

Bei PWN wurde mit zehn virtuellen Steuerungen, dem

Simulationssystem und den realen Engineeringsystemen

die gesamte Software konzipiert, getestet und Trainingsszenarien

entwickelt.

Die virtuelle Fabrik und das virtuelle Automatisierungssystem

für die Softwareentwicklung, den Softwaretest

und die Bedienerschulung sind also bereits

Wirklichkeit, zum Beispiel in der Kohlevergasung, in

Kraftwerken, in der Chemie, Autoindustrie, Zementindustrie,

Marine, Metallindustrie und vielen Branchen

mehr. Und die Akzeptanz virtueller Systeme für obige

Aufgaben wächst ständig, da auch der Druck steigt, effizienter

zu entwickeln und zu testen.

Autor

Siemens Solutions Division,

Werner-von Siemens-Str. 60,

D-91052 Erlangen,

Tel. +49 (0) 9131 72 37 25,

E-Mail: ifflaender@siemens.com

Dipl. Ing. (FH) Bernhard

Iffländer leitet das

Simulation Center der

Siemens AG.

24

atp edition

6 / 2011

atp kompakt

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der atp edition

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fit für ihren Job sind und die entscheidenden Trends in der Automatisierungstechnik schnell zur Hand haben,

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TU München das Fachgebiet Automatisierungstechnik.

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hauptbeitrag

Virtuelle Inbetriebnahme

von Transportsystemen

Werkstückträgertransfersysteme simulieren

Die virtuelle Produktion kann insbesondere im Rahmen einer virtuellen Inbetriebnahme

dazu beitragen, Fertigungsanlagen mit hoher Qualität in kürzerer Zeit zu errichten. Zur

Realisierung wird idealerweise ein 3-D Modellierungs- und Simulationssystem eingesetzt.

Dabei liegt – wie dieser Beitrag beschreibt – ein Schwerpunkt auf der Integration von

werkstückträgerbasierten Transportsystemen, da diese hinsichtlich der in großem Umfang

genutzten Sensoren und Aktoren sehr komplex sind. Hier können Ingenieure mithilfe

eines digitalen Modells Steuerungsprogramme erstellen und verifizieren, lange bevor die

reale Anlage aufgebaut wird.

SCHLAGWÖRTER Virtuelle Produktion / Virtuelle Inbetriebnahme / Werkstückträgertransfersysteme

/ Modellierung / Simulation

Virtual Production for Carrier-based Transport Systems –

Modeling and Simulation for Virtual Commissioning

Virtual Production methods, especially Virtual Commissioning, are powerful means to

build high-quality production lines in less time. A common means to achieve this, is the

application of 3-D modeling and simulation systems. Here, the integration of carrier-based

transport systems is of special interest. This is because of their high complexity due to

the huge number of applied sensors and actors. With the help of Virtual Commissioning,

engineers can develop and verify the according control programs long before the actual

production line is built.

KEYWORDS Virtual Production / Virtual Commissioning / Transport Systems / Modeling /

Simulation

26

atp edition

6 / 2011

Jürgen RoSSmann, RWTH Aachen

Oliver Stern, Roland Wischnewski, RIF e.V., Dortmund

Automatisierte Fertigungsanlagen sind in vielen

Industriezweigen im Einsatz, wobei die Komplexität

des mechanischen und elektrischen

Aufbaus sowie der eingesetzten Steuerungsprogramme

die gemeinsame Problematik bilden.

Dies führt oft zu unvorhergesehenen Schwierigkeiten

im Engineering, wodurch sich der Produktionsstart

erheblich verzögern kann. Methoden der virtuellen Produktion

werden von führenden Unternehmen hier bereits

angewandt, um solche Risiken zu reduzieren. Die

damit verbundenen zusätzlichen Planungsprozesse und

die daraus resultierenden Kosten werden akzeptiert, weil

über die gesamte Projektlaufzeit – insbesondere auch bei

der Inbetriebnahme der realen Anlage – eine Zeit- und

Kostenersparnis erwartet wird.

Ein generelles Problem dieses Ansatzes ist, dass in der

Regel nur große Unternehmen die teure PLM- und CAD-

Software anschaffen und das benötigte spezialisierte

Personal vorhalten können, um die virtuelle Produktion

im gesamten Anlagenlebenszyklus sinnvoll einsetzen

zu können. Im Gegensatz dazu nutzen kleine und mittlere

Unternehmen (KMU) das digitale Engineering nur

in ausgewählten Projektphasen. In diesem Beitrag wird

als Lösungsansatz eine Vorgehensweise präsentiert, die

insbesondere die Virtuelle Inbetriebnahme (VIBN) von

Fertigungsanlagen mit spurgeführten Werkstückträgertransfersystemen

[1] kostengünstig ermöglichen kann.

1. Virtuelle Produktion

Auch bei einem einfach gehaltenen Ansatz muss die virtuelle

Produktion notwendigerweise alle wesentlichen

Phasen im Lebenszyklus einer Fertigungsanlage unterstützen,

das heißt Planung, Konstruktion, Programmierung,

Inbetriebnahme und Wartung. Insbesondere KMU

setzen hier unterschiedliche Werkzeuge in den einzelnen

Phasen ein, was dazu führt, dass die digitalen Modelle

zwischen den Abteilungen und Projektphasen nur mit

sehr großem Konvertierungsaufwand und hohem Informationsverlust

ausgetauscht werden können. Um dies zu

vermeiden, muss ein entsprechendes Softwarewerkzeug

dazu in der Lage sein, alle Hauptphasen abzudecken [2].

Zusätzlich ist für eine hohe Akzeptanz ausschlaggebend,

dass sich vorhandene Prozesse im betrieblichen Arbeitsablauf

gut abbilden lassen. Da durch den Softwareeinsatz

üblicherweise eine strengere Einhaltung dieses Workflows

erzwungen wird, kann der Einsatz eines solchen

Werkzeugs schon von sich aus dazu beitragen, Probleme

in den einzelnen Projektphasen zu identifizieren.

Bild 1 zeigt den Ablauf der Phasen im Engineering einer

automatisierten Fertigungsanlage, die in einem umfassenden

Werkzeug für die virtuelle Produktion Berücksichtigung

finden müssen. Die Hauptaufgaben liegen dabei im

mechanischen Anlagendesign unter Berücksichtigung des

Fabriklayouts, der elektrischen Verdrahtung zum Verbinden

von Feldgeräten und Steuerungen sowie der Auslegung

der zugehörigen Steuerungsprogramme. Die dabei

entstehenden Lösungen können dann im Rahmen des virtuellen

Anlagenbetriebs ausführlich getestet werden.

Der durchgängige Einsatz eines solchen Softwarewerkzeugs

ermöglicht die einfache Rückführung kleinerer

Änderungen in vorgelagerte Engineeringphasen. Insbesondere

Ergebnisse des virtuellen Betriebs können sich

entsprechend auswirken, zum Beispiel müssen Hubeinheiten

eines Transportsystems neu auf dem Band positioniert

werden, wenn einzelne Positionen von Robotern

nicht erreicht werden können. Wenn die Änderungen

mittels eines neuen Simulationslaufs dann validiert sind,

können sie an das Inbetriebnahmeteam weitergegeben

werden. Während der VIBN können aber auch Probleme

aufgedeckt werden, die zu größeren Rückflüssen führen,

welche sich nicht mittels kleiner Anpassungen im digitalen

Modell lösen lassen. Für solche Varianten muss

dann unter Umständen ein neues Modell erstellt werden,

das erneut in allen Phasen überprüft wird.

Generell geht es bei der Modellierung immer darum, einen

Kompromiss zwischen einfacher und benutzerfreundlicher

Vorgehensweise einerseits und einem detaillierten

und exakten digitalen Modell andererseits zu finden. Um

beide Ziele gleichzeitig erreichen zu können, wurde ein

zweistufiges Modellierungskonzept entwickelt. Die sys-

atp edition

6 / 2011

27

Hauptbeitrag

temnahe Modellierung wird dabei von Simulationsexperten

durchgeführt, die genaue Kenntnisse über die abzubildenden

Geräte besitzen. Die eingesetzten Softwaresysteme

bieten zwar viele Möglichkeiten zum Aufbau realitätsnaher

Modelle, die Ingenieure benötigen aber dennoch ein gewisses

Maß an Training und – insbesondere bei komplexen

Komponenten – einige Erfahrung. Auf einer abstrakteren

Modellierungsebene können dann auch Anlageningenieure

ohne tiefes Simulationswissen solche systemnah vorgefertigten

Modelle einfach miteinander kombinieren.

1.1 Mechanisches und elektrisches Modell

Üblicherweise werden während der mechanischen Konstruktion

bekannte Bauteile aus Katalogen mittels 2-Doder

3-D-CAD-Werkzeugen positioniert und zu einer Gesamtanlage

zusammengesetzt. Im hier beschriebenen

Ansatz erfolgt dieser Schritt bereits innerhalb der Simulationssoftware.

Dazu stellen Bibliotheken optisch und

funktional korrekte Modelle wie zum Beispiel Transportbänder,

Werkstückträger zur Verfügung. Nicht vorhandene

Komponenten können aus einem CAD-System importiert

und dann mit funktionalem Verhalten ergänzt werden.

Viele mechanische Bewegungen können dabei auf

Linear- oder Drehachsen, kinematische Ketten, Greifmechanismen

oder beschränkte Freiheitsgrade abgebildet

werden. Verschiedene Modellzustände werden durch manuellen

Eingriff herbeigeführt oder durch simulierte Sensorsignale

erkannt, sodass bereits in einer frühen Projektphase

ein funktionsfähiges Simulationsmodell vorliegt.

Mithilfe eines solchen Modells kann schon eine erste

Taktzeitermittlung durchgeführt werden. Bild 2 zeigt

wie Aktoren und Aktionsinstanzen in Taktzeitdiagram-

BILD 1: Virtuelles Engineering

für eine Fertigungsanlage

BILD 2: Ermittlung von Taktzeiten

BILD 3: Verbindung einer externen

Steuerung mit dem Simulationssystem

via OPC: E/As von Steuerungen sind

direkt sichtbar und können mit E/As

von Komponenten verbunden werden.

28

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men miteinander verbunden werden, um die gewünschte

Ausführungsreihenfolge festzulegen. Die Gesamttaktzeit

kann dann entlang des kritischen Pfades eines solchen

Netzes abgelesen werden. Diese Taktzeitdiagramme

können auch verwendet werden, um direkt das Simulationsmodell

zu steuern und um SPS-Programme zu erzeugen.

Versuche mit Modellvarianten helfen so, die

Produktionsprozesse bereits in einer frühen Engineeringphase

zu optimieren.

Auf Basis des funktionalen mechanischen Modells wird

in einem weiteren Schritt ein Stromlaufplan für die Fertigungsanlage

erstellt. Dazu werden im Rahmen der elektrischen

Modellierung E/A-Module sowie Ventilinseln definiert

und verschaltet. Manchmal besitzt das Modell eines

Feldgerätes hierbei nicht die originale E/A-Anschaltung.

In einem solchen Fall kann dem Simulationsmodell ein

Logikkonverter vorgeschaltet werden, der die Originalbelegung

herstellt, um so die realen Steuerungsprogramme

unverändert testen zu können. In diesem Engineeringschritt

ist es außerdem besonders wichtig, die einzelnen

E/As manuell schalten und das logische Verhalten detailliert

in der Simulation beobachten zu können.

1.2 Steuerungsprogramme

Ein wesentlicher Vorteil der virtuellen Produktion ist

die Möglichkeit, Steuerungsprogramme gegen ein realitätskonformes

Simulationsmodell testen zu können,

ohne den realen Anlagenaufbau zu benötigen. Die Programmierung

kann dann viel früher beginnen, was aufgrund

des Zeitvorteils beim Testen zu besseren Steuerungsprogrammen

zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme

führt. Dabei ist insbesondere entscheidend, dass die

Steuerungsprogramme im Simulationssystem in den

Originalsprachen verwendet werden können, um die

direkte Verwendbarkeit auf der realen Fertigungsanlage

ohne Konvertierung sicherzustellen.

SPS-Programme können hierbei in der originalen Entwicklungsumgebung

des jeweiligen Herstellers (zum Beispiel

Siemens STEP 7) erstellt und innerhalb des Simulationssystems

interpretiert werden [3]. Auch der Ablauf auf

der Originalhardware mit einer Simulationskopplung mittels

OPC [4] und Hardware-in-the-Loop (HiL) oder die Verbindung

mit einem SPS-Emulator wie beispielsweise Siemens

PLCsim sind möglich. Bild 3 zeigt, wie E/As einer

externen SPS mithilfe eines Steuerungsobjekts in die Simulationsumgebung

integriert werden. Für die Modelle

der einzelnen Feldgeräte ist die elektrische Anbindung

damit vollkommen transparent, das heißt eine Unterscheidung

je nach Art der elektrischen Ansteuerung ist nicht

nötig. Hierdurch wird es sehr einfach, die unterschiedlichen

Kopplungsarten zu verwenden und auszutauschen.

Eine weitere Möglichkeit zur Erstellung von SPS-Programmen

ist die Verwendung der beschriebenen Taktzeitdiagramme.

Diese Sequenzen definieren Aktionen von

Aktoren innerhalb des Modells und können die Simulation

direkt steuern. Dies funktioniert allerdings nur in eine

Richtung, da Systemantworten aus dem Modell in Form

von elektrischen Signalen (zum Beispiel digitale Ausgangswerte

eines Sensors) nicht ausgewertet werden. Um solche

Signale in die Taktzeitdiagramme zu integrieren, werden

die Aktionen der Aktoren mit Anfangs- und Endbedingungen

ergänzt, die erfüllt sein müssen, bevor eine Aktion

ausgeführt werden kann. Diese erweiterten Taktzeitdiagramme

enthalten dann alle notwendigen Informationen,

um bidirektional mit dem Simulationsmodell interagieren

zu können. Diese Darstellungsform kann automatisch in

die Ablaufsprache (AS) nach IEC 61131-3 überführt werden,

um damit die Simulation zu steuern. Außerdem ermöglicht

das eingesetzte Simulationssystem einen Export dieser

Ablaufdiagramme, um sie anschließend in eine SPS-Entwicklungsumgebung

zu importieren.

1.3 Virtuelle Inbetriebnahme

Nachdem die Phasen der mechanischen und elektrischen

Modellierung sowie der Steuerungsprogrammierung

durchlaufen wurden, kann das digitale Gesamtmodell

einer Fertigungsanlage im Rahmen einer VIBN eingehend

untersucht werden. Dazu wird die digitale Anlage in 3-D

realzeitsynchron simuliert, wobei die originalen Steuerungsprogramme

zum Einsatz kommen. Hiermit können

die einzelnen Planungsstände validiert und Fehler oder

Probleme aufgedeckt werden. Dabei umfasst die Simulation

die folgenden Möglichkeiten:

Mehrrobotersimulation mit den originalen Roboterprogrammen

SPS-Simulation mit Taktzeitdiagrammen, Ablaufdiagrammen

oder originalen Steuerungsprogrammen

Simulation von Aktoren und Sensoren

Transportsimulation für spurgeführte Werkstückträgertransfersysteme

Anbindung von originalen Mensch-Maschine-

Schnittstellen (HMI) an das Simulationsmodell

Die Simulation von Robotern und Transportsystemen erlaubt

die realitätsnahe Abbildung unterschiedlichster

Gerätetypen verschiedener Hersteller, wobei die Programmierung

der Roboter und SPSen in den Originalsprachen

erfolgt. Externe Steuerungen, zum Beispiel der Stäubli

CS8-Emulator oder Siemens PLCsim können ebenfalls an

die Simulation gekoppelt werden und Achswerte senden

oder E/A-Werte austauschen. Durch die Verwendung dieser

externen Steuerungen werden die erzielbaren Taktzeitaussagen

noch präziser. Insgesamt kann die VIBN so

Probleme bereits in frühen Projektphasen aufdecken, teure

Inbetriebnahmezeit vor Ort einsparen und einen früheren

Produktionsstart ermöglichen.

2. Integration von Transportsystemen

Da automatisierte Fertigungsanlagen oft spurgeführte

Transportsysteme beinhalten, muss das Simulationssystem

dazu in der Lage sein, diese zu modellieren, zu simulieren

und zu steuern. Ein Konzept, um dies zu erreichen,

wird in [5] und [6] detailliert dargestellt; das zugrunde

liegende Simulationssystem wird in [7] diskutiert.

Die folgenden Abschnitte konzentrieren sich

deshalb auf die Anwendung dieser Technologie für die

VIBN, hier insbesondere bei der Simulation von Werkstückträgertransfersystemen.

2.1 Modellierung

Das erwähnte Konzept der zweistufigen Modellierung

lässt sich auch auf Transportsysteme anwenden. In der

systemnahen Modellierung werden dabei Transportkom-

atp edition

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29

Hauptbeitrag

ponenten technisch detailliert abgebildet. Bild 4 zeigt

die Kombination einer „toten“ CAD-Geometrie mit einem

„unsichtbaren“ funktionalen Bibliotheksmodell. Dieses

definiert ein Transportsegment zwischen zwei Knoten

und kann einfach skaliert werden, um die Länge dem

CAD-Modell anzupassen.

Wenn eine Komponente ohne Verzerrungen intuitiv

skalierbar sein soll, müssen die Einzelteile der Baugruppe

mit Regeln ausgestattet werden, die unscharfe Kommandos

wie zum Beispiel „Gesamtlänge 1200 mm“ interpretieren

können. Diese werden dann in exakte Angaben

für die einzelnen geometrischen und funktionalen

Teilelemente überführt. Bild 5 zeigt zwei Beispiele für

diese „intelligente“ Skalierung. Wenn das komplette

Transportband links in der Länge gestreckt wird, darf

der Motor nicht mitskaliert sondern er muss an eine neue

Position versetzt werden. Zusätzlich wird auch das funktionale

Transportsegment angepasst. Bei einer Längenanpassung

der Transportstrecke auf der rechten Seite

werden im richtigen Abstand neue Tragrollen auf dem

gestreckten Element repliziert.

Sobald das Modell einer Transportbaugruppe systemnah

modelliert und erfolgreich getestet wurde, kann es

in eine Bibliothek für die abstrakte Modellierung übernommen

werden. Bild 6 zeigt ein typisches Beispiel für

die Nutzung solcher vormodellierten Komponenten auf

einer höheren Modellierungsebene. Eine Transportband,

ein Kurvenelement, eine Hubeinheit und zwei Stopper

werden aus der Modellbibliothek instanziiert und dem

Gesamtmodell hinzugefügt. Anschließend werden diese

Baugruppen mit Hilfe der Maus an die gewünschte Stelle

im 3-D-Raum gezogen, wo sie automatisch mit den

weiteren Komponenten funktional und geometrisch verbunden

werden, wodurch ein voll funktionsfähiger

Transportabschnitt entsteht. Hierbei müssen keine zusätzlichen

Daten eingegeben werden, da die Gesamtfunktion

durch die Aggregation der Daten in den Baugruppenmodellen

bestimmt wird.

2.2 Simulation

Wenn das Transportsystem und die Werkstückträger

auf die beschriebene Art modelliert und zusammengesetzt

wurden, ist das Gesamtmodell komplett für die

Simulation vorbereitet, wobei das Simulationskonzept

dabei einen hybriden Ansatz verfolgt. Die Transportsimulation

wurde in ein Simulationssystem eingebettet,

dem ein zeitdiskreter Ansatz mit festen Zeitschritten

zugrunde liegt. Diese zeitbasierte Simulation wird

für alle Roboter, SPSen, Aktoren und Sensoren des Modells

eingesetzt. Da Transportprozesse sehr zeitkritisch

sind, nutzt die Transportsimulation eine ereignisbasierte

Simulation innerhalb jedes einzelnen Zeitschritts

des „umgebenden“ Simulationssystems. Dabei wird der

Zeitpunkt jedes einzelnen Transportereignisses exakt

berechnet. Ein solches Ereignis ist zum Beispiel das

Auffahren eines Werkstückträgers auf einen Stopper

oder einen weiteren Werkstückträger.

Da der Zustand des Gesamtmodells für jeden Zeitschritt

bestimmt und die 3-D-Szene dann neu gezeichnet

wird, kann die Simulation in Echtzeit direkt verfolgt

werden [8]. Während der laufenden Simulation werden

ständig Benutzereingaben abgefragt, sodass jederzeit die

Ansicht verändert oder mit der virtuellen Anlage interagiert

werden kann. Hierdurch kann beispielsweise ein

Träger vom Band entfernt und an einer anderen Stelle

wieder eingesetzt werden, um die Reaktion der Steuerung

zu überprüfen.

Bei der Simulation der Transportprozesse werden die

Bewegungen der Werkstückträger entlang von geometrischen

Pfaden berechnet. Dabei können den Transportbändern

und/oder den Werkstückträgern Antriebe mit

einer Maximalgeschwindigkeit v und einer Beschleunigung

a zugeordnet werden. Die Simulation berücksichtigt

dann auch physikalische Effekte wie Gravitation

und Gleitreibung. Letzteres erfordert die Vorgabe von

globalen oder lokalen Gleitreibungskoeffizienten µK. Die

hierfür entwickelte Berechnungsmethode benötigt keinerlei

Massen der Werkstückträger oder der transportierten

Objekte, sodass der Aufwand zur Erhebung der

Modellparameter gering ist. Das Kontaktverhalten der

Werkstückträger wird auf Basis der geometrischen Hülle

simuliert. Bild 7 zeigt hierzu den Ausschnitt eines

Transportmodells mit Werkstückträgern, die sich in einer

Kurve aufstauen.

3. Nutzung von virtueller Realität (VR)

Eine entscheidende Eigenschaft der virtuellen Produktion

ist die Möglichkeit, Ideen, Designs und Prozesse

mit Hilfe von hochwertigen digitalen 3-D-Modellen und

Simulationsergebnissen zu kommunizieren. Diese

Kommunikation kann noch weiter verbessert werden,

wenn die Präsentation der Modelle auf großen Bildschirmen

mit Hilfe von 3-D-Stereoprojektion erfolgt.

Derartige Systeme werden zum Beispiel im Rahmen des

Kontinuierlichen Verbesserungsprozesses (KVP) bereits

exemplarisch eingesetzt [9]. Die höchste Ausbaustufe

ist dann die Nutzung einer 360° Stereo-Projektionsumgebung,

in der sich der Betrachter frei bewegen und

dabei die gesamte Anlage beobachten und im Idealfall

auch mit ihr interagieren kann.

Allgemein werden die im Rahmen des virtuellen Engineering

erstellten Anlagenmodelle jedoch kaum in

VR-Anwendungen weiter genutzt. Stattdessen werden

einfache Teilmodelle für die VR parallel erstellt, was

eine VR-gestützte VIBN unmöglich macht. Eine Verwendung

funktionaler Modelle der virtuellen Produktion

in der VR kann jedoch deren gewinnbringenden

Einsatz weiter steigern.

Die Nebenläufigkeit der beiden Vorgehensweisen

kann beseitigt werden, indem beim virtual engineering

ein Simulationssystem verwendet wird, welches

auch die Methoden der VR unterstützt. Die durchgängige

Integration von Methoden der VR in das betriebliche

virtual engineering eröffnet Unternehmen so die

Möglichkeit, die VR in jeder Projektphase unkompliziert

zu nutzen. Sie begleiten durch die Unterstützung

etwa von Marketing, Schulung und Weiterentwicklung

das Fertigungssystem in seinem Lebenszyklus

deutlich über den Produktionsstart hinaus. Durch die

Minimierung von Schnittstellen gewährleistet diese

vereinheitlichende Betrachtung den nahtlosen Übergang

zwischen den einzelnen Phasen im Anlagenlebenszyklus

[10].

Eine wesentliche Anforderung an die virtuelle Realität

im Umfeld des Engineering von Fertigungsanlagen ist,

dass die Nutzer in intuitiver Weise mit dem digitalen

Modell interagieren müssen. Ein Simulationssystem das

hier zum Einsatz kommt, muss also über die Fähigkeit

30

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BILD 4: Systemnahe Modellierung eines Transportbandes

durch Kombination einer „toten“ Geometrie mit einem

„unsichtbaren“ funktionalen Modell

BILD 5: Intelligente Skalierung von Transportkomponenten

BILD 6: Abstrakte Modellierung: automatisches

Verbinden von Bibliothekskomponenten in 3-D

BILD 7:

Abschnitt eines

Transportsystems:

Werkstückträger stauen

sich in einer Kurve.

verfügen, jederzeit während der laufenden Simulation

auf Änderungen des Modells von außen zu reagieren,

wobei unterschiedliche Methoden für die Benutzerinteraktion

verwendet werden können [11].

Möglichkeiten zur Manipulation des Simulationsmodells

beinhalten zum Beispiel das Drücken von virtuellen

Schaltern, den Umgang mit Fertigungseinrichtungen

oder das Bewegen von Werkstücken. Bild 8 zeigt im oberen

Bereich eine Aufnahme, die in einer siebenseitigen

Stereo-Rückprojektionsumgebung aufgenommen wurde.

Bei dem Modell handelt es sich um eine komplette Fabrik

mit einem Werkstückträgertransfersystem. Im Bild

nimmt der Anwender einen Werkstückträger von einem

Transportband, um ihn zu inspizieren und die Reaktion

des Steuerungsprogramms auf diese Aktion zu untersuchen.

Hier wird erkennbar, dass es für den Arbeitsfluss

von entscheidender Bedeutung ist, dass die Modelle und

Interaktionsmöglichkeiten in der VIBN und der VR übereinstimmen.

Dies wird durch die in Bild 8 dargestellte

Systemstruktur gewährleistet.

4. Anwendungsbeispiele

Bild 9 zeigt ein Transportsystem mit Bandstrecken, Kurven,

einem geneigten Band, einem Aufzug, Hubquereinheiten,

Hubpositioniereinheiten und einigen Werkstückträgern.

Die Steuerungsprogramme für alle Komponenten

wurden in der Entwicklungsumgebung für Siemens

Step7 erstellt und zur internen Interpretation in einer

virtuellen SPS in das Simulationssystem importiert.

Bild 10 stellt das Modell einer umlaufenden Produktionslinie

dar, die bei der Anlagenplanung aufgebaut wurde,

um eine VIBN durchzuführen. Die Methoden der

atp edition

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31

Hauptbeitrag

BILD 8: Systemstruktur mit VR für die VIBN

BILD 10: Virtuelle Fabrik: Werkstückträger transportieren

Material zu Roboterarbeitsstationen.

BILD 9: Modell eines

komplexen Transportsystems

Bild 11: Übergabe eines Werkstückträgers

an einen virtuellen Werker

Transportsimulation dienen dem Transport von Werkstückträgern

über ein Bandsystem zwischen den einzelnen

Roboterarbeitsstationen. Die Orientierung der Werkstückträger

kann anhand einer farblichen Markierung,

die in den Stationen von einem Farbsensor ausgelesen

wird, ermittelt werden. Es ist also möglich, einen Werkstückträger

an einer beliebigen Stelle zu entnehmen und

an einer anderen Stelle in beliebiger Orientierung wieder

einzulasten.

Bild 11 zeigt eine Möglichkeit zur Interaktion während

einer VIBN. Ein entnommener Werkstückträger kann zu

einem Werker in der virtuellen Welt hin bewegt werden.

Bei ausreichender Nähe erscheint vor dem Werker die

Metapher einer Ablageposition. Der Träger kann nun losgelassen

werden und wird automatisch dem Werker

übergeben. Dieser führt dann eine von verschiedenen

vordefinierten Aufgaben aus. Im Bild rechts wird der

entnommene Werkstückträger wieder in das Transportsystem

eingelastet.

Während die Interaktion mit dem Simulationsmodell

stattfindet, werden alle anderen Komponenten des Modells

normal weiter simuliert: Die Werkstückträger kreisen

im System und die Roboter bearbeiten Werkstücke

mit originalen Roboterprogrammen. So kann im Rahmen

einer VIBN auf die gleiche Art und Weise mit einem Simulationsmodell

interagiert werden wie mit der realen

Fertigungsanlage.

Zusammenfassung

Zur virtuellen Inbetriebnahme von Transportprozessen mit

einem 3-D-Simulationssystem wurden Verfahren zur Modellierung,

Simulation und Steuerung von spurgebundenen

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Transportsystemen vorgestellt. Ein zweistufiges Modellierungskonzept

ermöglicht dabei die detaillierte systemnahe

Modellierung und eine einfache abstrakte Modellierung

von Gesamtsystemen. Physikalische Effekte wie Gravitation,

Gleitreibung und Kontaktverhalten werden ohne zusätzlichen

Modellierungsaufwand in der Simulation berücksichtigt.

Durch ein hierarchisches Simulationsverfahren

erfolgt neben einer exakten Simulation der Transportprozesse

auch eine Berücksichtigung der Peripherie, insbeson-

dere auch von SPSen und Sensoren. Realitätskonforme E/A-

Schnittstellen ermöglichen die Verwendung originaler

Programme zur Steuerung der Simulationsmodelle. Während

der Simulation kann ein Anwender jederzeit mit dem

Modell interagieren und direkt die Reaktion der simulierten

Komponenten beobachten.

Manuskripteingang

31.01.2011

Im Peer-Review-Verfahren begutachtet

Referenzen

Autoren

[1] Roßmann, J.; Stern, O.; Wischnewski, R.: Virtual Production

for Industrial Manufacturing Plants with Transport

Systems. 6th EUROSIM Congress on Modelling and

Simulation, Ljubljana, Slowenien, 9.-13. September 2007

[2] Roßmann, J.; Stern, O.; Wischnewski, R.: Eine

Systematik mit einem darauf abgestimmten Softwarewerkzeug

zur durchgängigen Virtuellen Inbetriebnahme

von Fertigungsanlagen – Von der Planung über die

Simulation zum Betrieb. atp Automatisierungstechnische

Praxis, Jahrgang 49, Heft 7, S. 52-56, Oldenbourg

Verlag, München, 2007

[3] Freund, E.; Hypki, A.; Heinze, F.; Bauer, R.: COSIMIR

PLC – 3D Simulation of PLC Programs. 6th IFAC

Symposium on Cost Oriented Automation, Berlin,

Oktober 2001

[4] Iwanitz, F.; Lange, J.: OPC – Grundlagen, Implementierung

und Anwendung. Hüthig Verlag, 2005

[5] Wischnewski, R.; Freund, E.: Modeling, Simulation and

Emulation of Modular Carrier Based Transport

Systems. Proceedings of the 2004 IEEE International

Conference on Robotics and Automation (ICRA); New

Orleans, USA, April 2004

[6] Wischnewski, R.; Roßmann, J.: A New Hybrid Time-

Based / Event-Based Simulation Method for Transport

Systems Considering Physical Effects, Proceedings of

the 2010 IEEE Conference on Robotics, Automation and

Mechatronics (RAM), Singapur, 28.-30. Juni 2010

[7] Roßmann, J.; Wischnewski, R.; Stern, O.: A Comprehensive

3-D Simulation System for the Virtual

Production, Proceedings of the 8th International

Industrial Simulation Conference (ISC), Budapest,

Ungarn, 7.-9. Juni 2010, S. 109-116

[8] Freund, E.; Feist, R.; Pensky, D.; Wischnewski, R.: 3-D

Graphical Simulation of Complete Manufacturing

Systems in Real-Time. Proceedings of the 6th IASTED

Conference on Control and Applications (CA 2004);

Marina del Rey, USA, März 2004

[9] Aurich, J. C.; Hagen, H.; Ostermayer, D.; Bertram, M.:

VR-unterstützter KVP-Workshop - Neues Anwendungsfeld

des virtual engineering. wt Werkstatttechnik

online, Jahrgang 96, Heft 1/2, 2006

[10] Roßmann, J.; Stern, O.; Wischnewski, R.: Ein Konzept

und ein Werkzeug für den durchgängigen Einsatz der

VR im virtual engineering. 11. IFF-Wissenschaftstage

2008; Magdeburg, 25.-26. Juni 2008

[11] Roßmann, J.; Wischnewski, R.: Realitätsnahe

Simulation und Visualisierung industrieller Transportprozesse

in VR-Anwendungen. 6. Workshop Augmented

& Virtual Reality in der Produktentstehung,

Paderborn, 14.-15. Juni 2007

Prof. Dr.-Ing. Jürgen

RoSSmann (geb. 1964) leitet

den Lehrstuhl und das

Institut für Mensch-Maschine-Interaktion

der RWTH

Aachen. Der Schwerpunkt

seiner Arbeit liegt in der

Verknüpfung von Forschungsergebnissen

aus den

Bereichen Robotik, Simulationstechnik und

virtuelle Realität zur Entwicklung neuer Konzepte

der Mensch-Maschine-Kommunikation.

Institut für Mensch-Maschine-Interaktion,

RWTH Aachen, Ahornstr. 55, D-52074 Aachen,

Tel. +49 (0) 241 802 61 01,

E-Mail: rossmann@mmi.rwth-aachen.de

Dipl.-Inform. Oliver Stern

(geb. 1969) leitet die Abteilung

Robotertechnik der Dortmunder

Initiative zur rechnerintegrierten

Fertigung. Er beschäftigt

sich hauptsächlich mit

der Integration von Steuerungs-

und Robotersimulationssystemen.

RIF e.V. Robotertechnik,

Joseph-von-Fraunhofer-Str. 20, D-44227 Dortmund,

Tel. +49 (0) 231 970 07 82, E-Mail: stern@rif-ev.de

Dr.-Ing. Dipl.-Inform.

Roland Wischnewski

(geb. 1971) leitet die Gruppe

Industrielle Simulationsverfahren

der Dortmunder

Initiative zur rechnerintegrierten

Fertigung. Sein

Arbeitsgebiet ist insbesondere

die 3-D-Echtzeitsimulation

komplexer Transportsysteme.

RIF e.V. Robotertechnik,

Joseph-von-Fraunhofer-Str. 20, D-44227 Dortmund,

Tel. +49 (0) 231 970 07 79,

E-Mail: wischnewski@rif-ev.de

atp edition

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33

hauptbeitrag

Qualitätskontrolle texturierter

Kunststoffoberflächen

Inspektion von Bahnwaren nach dem Prägen oder Bedrucken

Bedruckte oder geprägte Kunststoffoberflächen sind insbesondere in der Möbel- und Autoindustrie

beliebte Dekorelemente. Mit den verfügbaren Bildverarbeitungssystemen ist

nur die Inspektion unstrukturierter Folien möglich. Bei unregelmäßigen Texturen, wie

zum Beispiel Kunstleder oder Holzimitat, können diese Systeme die Fehlstellen nicht von

der gewünschten Textur unterscheiden. Durch die Verwendung von Texturanalysealgorithmen

wird auch für diese Produkte eine durchgängige Qualitätskontrolle möglich. Die

Fehlstellen können in Echtzeit detektiert und klassifiziert werden.

SCHLAGWÖRTER Bahninspektion / Texturanalyse / Extrusion

Inline-inspection of textured plastics surfaces –

Subheadline Essay englisch

Embossed or printed plastic surfaces are widely used as decoration elements especially

in the automotive or furniture industry. However, no inspection systems exist that can

inspect products with irregular textures such as artificial leather or imitation wood.This

paper describes a system for the inline inspection of extruded surfaces with irregular

textures. By incorporating algorithms for texture analysis into an inspection system,

defects can be reliably detected and classified at real-time.

KEYWORDS web inspection / texture analysis / extrusion

34

atp edition

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Walter Michaeli, Klaus Berdel, Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV), RWTH Aachen

Eine automatische, lückenlose Qualitätskontrolle

von Kunststoffhalbzeugen wie Folien oder

Profilen ist unter mehreren Gesichtspunkten

wichtig:

Die durchgängige Qualitätssicherung während der

gesamten Wertschöpfungskette eines Produkts ermöglicht

es, Fehler frühzeitig zu erkennen, Ausschuss

zu vermeiden sowie Kosten, Material und

Energie zu sparen.

Erst die genaue Kenntnis der Produktqualität erlaubt

es, den Herstellungsprozess zu optimieren. Dies ist

insbesondere bei Einfahrprozessen, häufigen Produktwechseln

oder Versuchsanlagen von Bedeutung [1].

In Märkten, in denen sich die Funktionalität konkurrierender

Produkte kaum unterscheidet, kann die

Qualität das kaufentscheidende Kriterium sein. Optische

Inspektionssysteme helfen, diese sicherzustellen

und vermeiden Reklamationen [2].

Die nach ISO 9000 ff. geforderte Qualitätsdokumentation

wird für Kunststoffverarbeiter, insbesondere

in der Automobilbranche, immer wichtiger [3].

Es ist für den Menschen ab einer Laufgeschwindigkeit

von zirka 30 m/min unmöglich, eine Oberfläche

von Bahnenware komplett zu überprüfen. Des Weiteren

lässt die Aufmerksamkeit bei langwieriger,

monotoner Arbeit stark nach. Daher ist eine automatische

Qualitätskontrolle in vielen Fällen sinnvoll

und notwendig.

Folieninspektionssysteme für transparente oder glatte,

unbedruckte Folien stellen den Stand der Technik dar und

sind aus Bereichen wie der Medizintechnik oder der Verpackungsbranche

nicht mehr wegzudenken [3]. Auch für

Oberflächen mit sehr regelmäßigen Texturmustern oder

textile Gewebe gibt es inzwischen zuverlässige Inspektionssysteme

[4,5]. Diese Systeme versagen jedoch, wenn

die Oberflächen eine unregelmäßige Textur aufweisen.

Bei der Produktion dekorativer Produkte soll der Eindruck

einer strengen Periodizität jedoch vermieden werden,

da er nicht „natürlich“ wirkt. Typische Beispiele

sind Holzimitat oder Kunstleder für die Möbel- beziehungsweise

Autoindustrie (Bild 1). Die entsprechenden

Texturen werden durch Prägen oder Bedrucken aufgebracht.

Dabei werden die Druck- oder Prägewalzen entweder

mit sehr langen Periodenlängen versehen, die

nicht mehr als periodisch wahrgenommen werden, oder

es werden mehrere Texturen mit unterschiedlichen Periodenlängen

überlagert.

Bei der Herstellung solcher Produkte können allerdings

Fehler auftreten. Einerseits sind das typische Extrusionsfehler

wie zum Beispiel Stippen, schwarze

Punkte, Löcher, Streifen oder sonstige Verschmutzungen

[6]. Andererseits treten auch beim Präge- oder Druckprozess

Fehler auf. Mögliche Ursachen können Ablagerungen

am Werkzeug sein, die sich lösen und dann an einer

Walze haften bleiben, Schmutz, der sich von den Absauganlagen

über den Walzen löst, Abnutzungserscheinungen

oder Farbspritzer. Die Fehler zeichnen sich dadurch

aus, dass sie nur sporadisch auftreten und so bei stichprobenartiger

Sichtprüfung durch den Maschinenbediener

nicht entdeckt werden.

Daher hat das Institut für Kunststoffverarbeitung

(IKV) an der RWTH Aachen im Rahmen eines durch

das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie

(BMWi) über die Arbeitsgemeinschaft industrieller

Forschungsvereinigungen e.V. (AiF) geförderten Forschungsvorhabens

(Nr. 15256 N) ein Verfahren zur Inline-Inspektion

unregelmäßig texturierter Kunststoffbahnwaren

entwickelt.

1. Stand der Technik

1.1 Aufbau von Inspektionssystemen

Die Prüfaufgaben eines Folien- und Profilinspektionssystems

sind die Erkennung der Position von Fehlstellen

sowie ihre Klassifikation und Dokumentation. Inspektionssysteme

bestehen aus einer oder mehreren Kameras,

einer Lichtquelle und der Bedien- beziehungsweise Re-

atp edition

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35

Hauptbeitrag

cheneinheit (Bild 2). Diese Komponenten werden in die

Anlage integriert. Für die Folien- und Profilinspektion

werden CCD-Zeilenkameras als Bildsensoren eingesetzt.

Um die Fehlstellen optimal abzubilden, wird eine Zeilenbeleuchtung

so angebracht, dass der Kontrast zwischen

Fehlstelle und Gutbereich im Bild maximal wird.

Die Bilddaten der Kamera werden durch einen Framegrabber

in ein digitales Format gewandelt und in den

Rechner übertragen. Häufig finden auch schon erste

Schritte der Bildauswertung auf dem Framegrabber statt.

Der Rechner stellt mit seiner Software die zentrale Analyseeinheit

eines Bildverarbeitungssystems dar. Er übernimmt

die Auswertung der Bilddaten und dient zur

Kommunikation mit Bediener und Qualitätsmanagementsystem.

1.2 Inspektion einfarbiger, glatter und

transparenter Folien

Bei Inspektionssystemen für glatte, einfarbige oder transparente

Folien erfolgt die Segmentierung, das heißt die

Detektion der Position der Fehlstellen, über einen Schwellwert.

Die Entscheidung, ob an einem Bildpunkt eine Fehlstelle

vorliegt, hängt direkt vom gemessenen Helligkeitswert

ab. Die Systeme speichern eine fehlerfreie Referenzzeile

und ziehen diese von der aktuell gemessenen Zeile

ab. Liegt die Differenz an einer Position über dem vom

Einrichter oder Anwender vorgegebenen Empfindlichkeitswert,

wird diese Position als fehlerhaft markiert.

Um die unterschiedlichen Fehlertypen, wie Stippen,

Brenner oder Fremdpartikel klassifizieren zu können,

berechnet das System Merkmale, zum Beispiel basierend

auf der Form der Fehlstelle. Anhand derer wird eine

Klassifikation vorgenommen [6]. Moderne Systeme können

selbst kleine Fehlstellen bei Abzugsgeschwindigkeiten

von über 200 m/min zuverlässig erkennen. Diese

Systeme versagen jedoch, wenn die Oberflächen mit einer

Textur versehen sind. Die Textur verhindert, dass die

Systeme eine geeignete Referenzzeile finden können.

1.3 Grundlagen der Texturanalyse

Es gibt keine einheitliche Definition für den Begriff der

Textur [7,8]. In einer verbreiteten Definition werden die

lokalen Feinstrukturen von Objekten, die sich durch

Oberflächen-Eigenschaften und Lichtreflexionen ergeben,

als Textur bezeichnet [7]. Texturen sind nur durch

die Betrachtung von Nachbarschaften um jeden Pixel zu

verstehen, da sie eine Beziehung zwischen benachbarten

Pixeln herstellen.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, Texturen zu kategorisieren

[7,8]. Eine verbreitete Einteilung besteht darin,

BILD 1:

Arten texturierter

Kunststoffoberflächen

BILD 2:

Aufbau und

Komponenten von

Folieninspektionssystemen

36

atp edition

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zwei Kategorien zu unterscheiden: Periodische (auch

reguläre oder regelmäßige) Texturen und komplexe (oder

auch irreguläre, statistische oder unregelmäßige) Texturen

[7]. Bei Ersteren kann ein Basiselement identifiziert

werden, durch dessen Wiederholung in horizontaler und

vertikaler Richtung die Textur beschrieben werden

kann. Bei komplexen Texturen ist es nicht möglich, ein

solches Basiselement zu extrahieren. Sie wirken scheinbar

zufällig (Bild 1).

Um Texturen beschreiben und unterscheiden zu können,

müssen aus den Bilddaten quantitativ erfassbare

Merkmale extrahiert werden. Sie werden zu einem Merkmalsvektor

zusammengefasst, der einen Bildpunkt oder

eine Nachbarschaft von Bildpunkten charakterisiert.

Nach Xie werden dazu vier grundsätzliche Ansätze unterschieden

[9]:

Strukturelle Ansätze können zur Beschreibung sehr

regelmäßiger Texturen verwendet werden. Sie basieren

darauf, dass es möglich ist, ein sich wiederholendes

Basiselement und die dazugehörende Wiederholungsregel

zu beschreiben.

Statistische Ansätze nutzen statistische Maße, die

die räumliche Verteilung der Bildpunkte charakterisieren.

Die einfachsten Vertreter dieser Klasse sind

die Berechnung des lokalen Mittelwerts oder der lokalen

Varianz sowie Statistiken höherer Ordnung.

Filterbasierte Ansätze gehen von der Annahme aus,

dass ähnliche Texturen ein ähnliches Fourierspektrum

aufweisen. Durch Verwendung von Filterbänken

werden charakteristische Merkmale berechnet.

Modellbasierte Ansätze versuchen, die Textur als

statistischen Prozess, wie zum Beispiel als Markov-

Kette, zu modellieren. Anhand der Parameter dieser

Modelle können verschiedene Texturen erkannt

werden.

Es gibt jedoch keinen Ansatz, der für alle möglichen Texturen

die besten Klassifikationsergebnisse liefert. Daher

ist der benötigte Rechenaufwand das wichtigste Kriterium

für die Auswahl eines Merkmalsextraktionsverfahrens

für Echtzeitanwendungen.

1.4 Klassifikation von Texturmerkmalen

Ein Inspektionssystem muss anhand der Texturmerkmale

zwischen Fehlstelle und Gut-Textur unterscheiden.

Der Klassifikator unterteilt den Merkmalsraum in

Bereiche, die einer Klasse zugeordnet werden. Merkmalsvektoren,

die in einen bestimmten Bereich fallen,

werden der entsprechenden Klasse zugeordnet. Es bieten

sich drei grundlegende Ansätze für die Klassifikation

an [9, 10]:

BILD 3:

Prüfstand zur Simulation

der Inspektion endloser

Halbzeuge

online

Merkmalsextraktion

Klassifikation

Kamerabild

Auswertung

Trainingsbild

Merkmalsextraktion

Training

BILD 4:

Aufbau der Software des

Inspektionssystems

Label

offline

atp edition

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37

Hauptbeitrag

Bei der unüberwachten Klassifikation ist die Anzahl

der Klassen nicht bekannt und es gibt keine Beispielvektoren

für die einzelnen Klassen. Ausgehend von

der Annahme, dass sich Merkmalsvektoren einer

Klasse in räumlicher Nachbarschaft befinden, schätzt

der Klassifikator die Anzahl der Klassen und die

Klassenzugehörigkeit der Merkmalsvektoren ab.

Bei der überwachten Klassifikation wird der Klassifikator

sowohl mit der Gut-Textur als auch mit typischen

Fehlermustern trainiert. Anhand dieser Trainingsdaten

„lernt“ der Klassifikator den Unterschied

zwischen der Gut-Textur und den einzelnen Fehlerklassen.

Bei der semiüberwachten Klassifikation wird der

Klassifikator vom Einrichter des Systems nur mit der

Gut-Textur trainiert. Das Verfahren erkennt Abweichungen

von der gewünschten Textur automatisch.

Für die hier vorliegende Prüfaufgabe sind unüberwachte

Ansätze, wie zum Beispiel Clustering, nicht geeignet,

da sie zu rechenintensiv sind [10]. Semiüberwachte Ansätze

ermöglichen eine einfache Einrichtung des Inspektionssystems,

weil nur die Gut-Textur bekannt sein muss.

Sie eignen sich gut, wenn die zu erwartenden Fehlerklassen

unbekannt sind. Dabei weisen sie jedoch häufig höhere

Fehlalarmraten auf als überwachte Ansätze. Semiüberwachte

Ansätze können nur die zwei Klassen Gut-

Bereich und Fehlstelle unterscheiden. Die Bestimmung

der Art der Fehlstelle muss in einem gesonderten Schritt

erfolgen. Der Vorteil der überwachten Klassifikatoren

besteht neben der im Allgemeinen besseren Klassifikationsleistung

darin, dass sie direkt zwischen den einzelnen

Klassen unterscheiden können [9]. Um bisher unbekannte

Fehler zu erkennen, kann der Klassifikator auf

künstlich erzeugte Fehler trainiert werden [11].

1.5 Inspektion regelmäßig texturierter Oberflächen

Es gibt zahlreiche Ansätze für die automatische Inspektion

regelmäßig texturierter Oberflächen, insbesondere

für Textilbahnwaren, die auf den beschriebenen Ansätzen

beruhen. Ein guter Überblick dieser Ansätze findet

sich in [5].

Am IKV wurde ein Verfahren zur Inspektion regelmäßig

texturierter Kunststoffoberflächen entwickelt [4]. Es

wird ein struktureller Ansatz verfolgt, bei dem von einem

periodisch wiederholten Basiselement ausgegangen

wird. Dieses Element wird bei der Segmentierung durch

ein Template-Matching-Verfahren gesucht. Dadurch entstehen

Bildsegmente, die im fehlerfreien Fall alle dem

Basiselement entsprechen sollten. Anschließend wird

für jedes Segment ein Differenzbild berechnet. In diesem

können die Fehlstellen erkannt werden.

1.6 Inspektion komplex texturierter Oberflächen

In der Literatur finden sich mehrere Ansätze zur Inspektion

komplex texturierter Folien. Ein ausführlicher Überblick

über dieses Thema ist bei [9] zu finden. Die meisten

der Ansätze wurden für die Inspektion texturierter Oberflächen

aus anderen Materialien, wie zum Beispiel Holz,

Textil, Stahl, Stein, Papier oder Keramikfliesen entwickelt

oder sind nicht echtzeitfähig.

Für die Inspektion von Marmorimitaten aus Kunststoff

stellen Liu und MacGregor in [12] ein System vor. Hier liegt

der Fokus allerdings weniger auf der Detektion von Fehlstellen,

als auf der Bewertung des visuellen Gesamteindrucks.

Massen et al. stellen in [13] ein System zur Inline-

Inspektion texturierter Extrusionsartikel vor. Dort liegt

der Schwerpunkt weniger auf der Analyse der Texturen

als auf der Beleuchtungsstrategie. Die Fehlstellen werden

durch eine multisensorielle Beleuchtungsstrategie hervorgehoben,

bei der mehrere Beleuchtungs-/Kamera-Module

wie Farbkameras, UV-Kameras und Graustufenkameras

mit stark gerichteter Beleuchtung kombiniert werden.

2. Aufbau und Struktur des

InspektionS Systems

Für Entwicklungs- und Testzwecke werden die Komponenten

Kamera, Beleuchtung und Recheneinheit zu einem

Laborsystem zusammengestellt, welches zusätzlich über

eine angetriebene Probenaufnahme verfügt, die den kontinuierlich

laufenden Extrusionsprozesses simuliert (Bild

3). Eine LED-Linienleuchte wirft einen linienförmigen

Lichtstrahl quer zur Extrusionsrichtung auf die Produktoberfläche.

Ihr Winkel zur Probe und zur Kamera lässt

sich frei wählen. Eine Zeilenkamera bildet die Oberfläche

ab. Die Zeilenrate der Kamera wird mit der Abzugsgeschwindigkeit

über einen Inkrementaldrehgeber synchronisiert,

sodass die Pixelgröße in Extrusionsrichtung von

der Abzugsgeschwindigkeit unabhängig ist.

Bild 4 stellt den Ablauf des Bildverarbeitungsalgorithmus

der Auswertungssoftware schematisch dar. Das System

nutzt einen überwachten Klassifikator. Dabei gibt der

Einrichter dem System sowohl die Gut- als auch Fehlermuster

vor, mit denen der Klassifikator in einem Training,

das heißt offline, bei der Einrichtung des Systems, trainiert

wird. Im Inspektionsmodus (online) werden mehrere

aufeinanderfolgende Bildzeilen zu einem Bild (frame)

zusammengefasst. Aus diesen Bilddaten werden mit dem

gleichen Ansatz wie beim Training Merkmalsvektoren

bestimmt, anhand derer der zuvor trainierte Klassifikator

zwischen den einzelnen Klassen unterscheidet. Danach

können die Daten protokolliert oder als Fehlerkarte auf

dem Bildschirm dargestellt werden.

2.1 Merkmalsextraktion mit dem

Local Binary Pattern-Operator

Im Merkmalsextraktionsschritt werden aus den Bilddaten

Texturmerkmale extrahiert, die zu einem Merkmalsvektor

zusammengefasst werden. Dazu wird in diesem Projekt

ein statistischer Ansatz, das so genannte Local Binary

Pattern (LBP)-Verfahren, verwendet. Das Verfahren benötigt

wenige Rechenschritte und ist daher für die Echtzeitanwendung

geeignet. Des Weiteren ist es invariant

gegenüber langsamen Änderungen des Helligkeitsmittelwerts,

wie sie beispielsweise bei Änderungen der Umgebungsbeleuchtung

oder Vibrationen der Bahn auftreten.

Die Local Binary Patterns wurden in [14] vorgestellt.

Sie stellen ein statistisches Maß für den lokalen Bildkon-

38

atp edition

6 / 2011

BILD 5:

Merkmalsextraktion

mit dem LBP-Operator

Thread

Programmsteuerung

Thread

Bildaufnahme

Thread

Merkmalsextraktion

und Klassifikation

. . .

Thread

Merkmalsextraktion

und Klassifikation

. . .

Thread

Ausgabe,

Auswertung,

Kommunikation

Thread

Merkmalsextraktion

und Klassifikation

BILD 6:

Parallelisierung durch

Aufteilung auf Threads

trast dar. Für jedes Pixel des Bildes wird der LBP-Code

berechnet. Dabei wird um jeden Pixel ein 3 x 3 Pixel großes

Fenster betrachtet. Der Mittelpunkt dient als Referenzwert.

Alle Nachbarpixel mit einem höheren oder

gleichen Grauwert werden mit einer 1 markiert, die übrigen

mit einer 0. Die gewichtete Summe der Markierungen

ergibt den LBP-Code, wobei die Gewichte unterschiedliche

Zweierpotenzen in Abhängigkeit von ihrer

Position im Fenster sind (Bild 5, oben). Danach wird das

gesamte Bild gekachelt. Für jede Kachel wird die Häufigkeitsverteilung

der LBP-Codes gebildet und als Merkmalsvektor

verwendet (Bild 5, unten). So wird ein 256-dimensionaler

Merkmalsvektor für jede Bildkachel erzeugt.

Die optimale Größe der Bildkacheln ist abhängig von der

Textur und den Fehlern und wird experimentell ermittelt.

Durch die Kachelung wird die Anzahl der nötigen

Klassifikationen auf die Anzahl der Kacheln reduziert,

was einen Geschwindigkeitsvorteil mit sich bringt.

2.2 Klassifikation

Für die überwachte Klassifikation werden in der Literatur

zahlreiche Ansätze vorgestellt [10]. In diesem System

werden künstliche neuronale Netze mit der Multilayer-

Perzeptron-Topologie verwendet. Sie zeichnen sich dadurch

aus, dass sie auch nicht linear trennbare Merkmalsräume

trennen können und weisen unabhängig von

der Anzahl der Trainingsdaten eine hohe Ausführungsgeschwindigkeit

auf. Sie wurden am IKV bereits in früheren

Projekten erfolgreich eingesetzt [4,6].

Künstliche neuronale Netze sind in Analogie zum

menschlichen Gehirn aus Neuronen aufgebaut. Die

Neuronen sind untereinander über gewichtete Verbindungen

verknüpft. In Abhängigkeit dieser Gewichte

wird ein am Eingang gegebener Merkmalsvektor einer

bestimmten Klasse zugeordnet. Während der Lernphase

werden die Gewichte der Verbindungen solange angepasst

bis der Erkennungsfehler auf den Trainingsdaten

minimal wird.

2.3 Implementierung und Parallelisierungsstrategien

Die Auswertung läuft auf einem leistungsfähigen, handelsüblichen

Industrie-PC. In der Entwicklung neuer

Prozessoren werden in Zukunft immer häufiger Mehrkernprozessoren

statt höherer Taktraten für einen Prozessorkern

verwendet [15]. Diese verfügen über mehr als

einen Hauptprozessor auf einem einzigen Chip. Um die

atp edition

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39

Hauptbeitrag

BILD 7:

Typische Fehlstellen

auf bedruckten oder

geprägten Extrudaten

BILD 8:

Manuell aufgebrachte

Fehlstellen auf komplex

texturierten Oberflächen

Möglichkeiten dieser Technologie effektiv zu nutzen,

werden die Komponenten der Auswertungsalgorithmik

auf Threads verteilt, das heißt Teile des Programms, die

parallel ablaufen können. Bild 6 stellt diese Aufteilung

dar. Dabei müssen jeweils ein Bildaufnahme-, ein Ausgabethread

sowie mehrere Arbeitsthreads, die die Analyse

parallel durchführen, vorhanden sein.

Die Bilddaten werden vom Bildaufnahmethread von der

Kamera in den Rechner übertragen und dann auf die Arbeitsthreads

verteilt, in denen die eigentliche Analyse der

Bilddaten parallel erfolgt. Ein weiterer Thread übernimmt

die Ausgabe, Auswertung und Kommunikation. Verfügt

ein Rechner über eine größere Anzahl an Prozessorkernen,

können auch mehr Analysen gleichzeitig stattfinden.

Dadurch können die Bilder in schnellerer Folge aufgenommen

werden. So profitiert das Inspektionssystem direkt

von neuen Entwicklungen im Bereich der PC Hardware.

3. Test und Bewertung des Systems

In Bild 7 sind typische Fehlstellen auf bedruckten oder

geprägten Extrudaten abgebildet. Dabei handelt es sich

um Fehler, die beim Prägen oder Bedrucken auftreten

können. Die Aufnahmen wurden in Zusammenarbeit mit

der Döllken-Kunststoffverarbeitung GmbH, Gladbeck,

bei einem Test des Inspektionssystems unter industriellen

Bedingungen erstellt.

Diese Fehlstellen treten nur sehr selten und sporadisch

auf, dennoch muss ein Inspektionssystem in der Lage

sein, sie zuverlässig zu detektieren. Für die Entwicklung

und Validierung des Inspektionssystems werden jedoch

mehrere Fehlstellen gleichen Typs benötigt. Daher werden

ähnliche Fehler verschiedener Größen auf Proben

mit Kunstleder- und Holzimitat aufgebracht (Bild 8). Auf

die 80 cm langen Proben werden jeweils 30 simulierte

Fehlstellen von zwei (Holzimitat) beziehungsweise drei

(Lederimitat) Fehlerklassen aufgebracht.

Bei dem Versuch mit den Lederimitat-Testdaten wurde

das System mit je zwei Fehlermustern pro Fehlerklasse

trainiert, das heißt insgesamt sechs Fehlermuster. Für die

Versuche mit dem Holzimitat wird mit insgesamt sieben

Fehlermustern bei zwei verschiedenen Klassen trainiert.

Für den LBP-Operator wird eine Kachelgröße von 32 x 32

Pixeln verwendet. Das künstliche neuronale Netz wird

mit 64 Eingangsneuronen und einer verdeckten Schicht

40

atp edition

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Anzahl [ - ]

35

30

25

20

15

10

5

Gesamtzahl der

Fehlstellen

korrekt erkannt

Fehlalarme

BILD 9:

Untersuchung der

Klassifikationsleistung

des Systems

0

Holzimitat

Lederimitat

BILD 10:

Untersuchung der

Klassifikationsgenauigkeit

mit 32 Neuronen eingerichtet. Die Ergebnisse dieser Versuche

sind in Bild 9 dargestellt. Bei dem Holzimitat-Datensatz

werden 26 von 30 Fehlstellen korrekt erkannt. Es

gibt keinen Fehlalarm, also keine Stelle, an der ein Gut-

Bereich als fehlerhaft markiert wird. Bei dem Lederimitat-

Datensatz werden bei zwei Fehlalarmen 27 von 30 Fehlstellen

als solche erkannt. Damit kann gezeigt werden,

dass eine zuverlässige, überwachte Detektion von Fehlstellen

auf texturierten Kunststoffbahnwaren machbar ist.

Zur Untersuchung des Auflösungsvermögens des Systems

werden mit einem Grafikprogramm synthetische

Fehlstellen verschiedener Größen in eine Aufnahme der

Lederimitatprobe gezeichnet. Die Größe der Fehlstellen

ist 5 x 5 Pixel, 8 x 8 Pixel, 10 x 10 Pixel, 20 x 20 Pixel,

40 x 40 Pixel und 80 x 80 Pixel. Zum einen wird ein Gaußsches

Rauschen und zum anderen eine homogene Fläche

über die Textur gelegt. Der Klassifikator wird mit einem

Bild trainiert, das eine 100 x 100 Pixel große Fehlstelle

zeigt. Bild 10 zeigt die beiden Testbilder zusammen mit

den Segmentierungsergebnissen bei einer Kachelgröße

von 4 x 4 Pixeln, 8 x 8 Pixeln, und 16 x 16 Pixeln.

Die kleinste detektierbare Fehlergröße hängt dabei

sowohl von der gewählten Kachelgröße für den LBP-

Operator als auch vom Verhältnis zwischen Fehlstelle

und Struktur ab. Wird die Kachelgröße klein gewählt

(4 x 4 Pixel), können auch sehr kleine Fehlstellen noch

detektiert werden, der Preis dafür ist jedoch eine sehr

hohe Fehlalarmrate. Ab einer Kachelgröße von 8x8 Pixeln

können alle eingebauten Fehlstellen ab einer Größe

von 8x8 Pixeln gefunden werden. Wird eine größere

Kachelgröße gewählt, können kleinere Fehler nicht

mehr detektiert werden.

Um die Echtzeitfähigkeit zu testen, werden auf dem

in Bild 3 dargestellten Prüfstand Versuche bei unterschiedlichen

Abzugsgeschwindigkeiten durchgeführt.

Bei diesen Versuchen kann bei einer eingestellten Auflösung

von 137 µm/Pixel auf einem Intel-Xeon-Prozessor

mit vier Prozessorkernen und Verwendung einer

Kachelgröße von 32 x 32 Pixel bei einem neuronalen

Netz mit 64 Eingangsneuronen und einer verdeckten

Schicht mit 32 Neuronen eine Abzugsgeschwindigkeit

von 30 m/min in Echtzeit untersucht werden. Da es sich

bei diesem Aufbau jedoch nur um ein Funktionsmodell

handelt, ist bei weiterer Optimierung von Hard- und

Software die Inline-Inspektion bei weit höheren Geschwindigkeiten

möglich.

atp edition

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41

Hauptbeitrag

Fazit und Ausblick

Mit dem beschriebenen System wird gezeigt, dass die

zuverlässige Detektion von Fehlstellen auf Kunststoffhalbzeugen

mit komplexen Texturmustern auch bei

hohen Abzugsgeschwindigkeiten machbar ist. Das System

wurde mit Standard-Hardwarekomponenten realisiert,

sodass eine einfache Übertragung der Ergebnisse

in die Praxis durch Integration der vorgestellten Algorithmen

in Folieninspektionssysteme möglich ist. Es ist

im Laboreinsatz und unter industriellen Bedingungen

getestet worden und hat sich als wenig anfällig gegen

Störungen und Umwelteinflüsse gezeigt. Durch Laborversuche

an Praxisbauteilen bei Geschwindigkeiten,

wie sie bei Extrusionsprozessen mit Prägung oder Bedruckung

üblich sind, wurden gute Klassifikationsergebnisse

erzielt.

Durch die Verteilung der Aufgaben auf mehrere Prozessorkerne

kann das System direkt von Entwicklungen

im Bereich der Hardware profitieren und die Inspektion

in Zukunft auch bei höheren Extrusionsgeschwindigkeiten

beziehungsweise Auflösungen durchführen.

Manuskripteingang

11.06.2010


Autoren

Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h.

Walter Michaeli

(geb. 1946) leitet seit 1988

das Institut für Kunststoffverarbeitung

(IKV) an der

RWTH Aachen.

Dipl.-Ing. Klaus Berdel

(geb. 1978) ist seit 2006

wissenschaftlicher Mitarbeiter

am IKV und leitet dort

die Arbeitsgruppe digitale

Bildverarbeitung/Qualitätssicherung.

Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV)

an der RWTH Aachen,

Pontstr. 49, D-52062 Aachen,

Tel. +49 (0) 2 41 802 72 77,

E-Mail: berdel@ikv.rwth-aachen.de

Referenzen

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Bahnwarenmaterialien. Automatisierungstechnik 45 (1997)

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Thread Scheduling. IEEE Micro 28 (2008) 3, S. 17-25

42

atp edition

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hauptbeitrag

Holistic Workspace – Den

Leitstand der Zukunft gestalten!

Wie neue Technologien die Operatoren unterstützen

Vor dem Hintergrund der zunehmenden Komplexität der Mensch-Maschine-Schnittstelle

in der Arbeitsumgebung von Leitwartenoperatoren stellt der Beitrag eine domänenübergreifende

Nutzungskontextanalyse vor: Was wird wann, wie und warum benutzt beziehungsweise

sollte benutzbar sein? Auf Basis der erhobenen Daten werden neue Möglichkeiten

entwickelt, um die Arbeitsumgebung von Operatoren zu optimieren. Die Konzepte

berücksichtigen gleichermaßen die Gestaltungsebenen der Interaktion, der sozialen Kommunikation,

die Unterstützung der Workflows sowie die physische Arbeitsumgebung.

SCHLAGWÖRTER Mensch-Maschine-Interaktion / Nutzungskontextanalyse / Interaktionstechnologien

Holistic Workspace – Designing the Future Control Room –

How New Technologies Assist Operators

This article presents an inter-domain context-of-use analysis that addresses the challenge

posed by the constantly increasing complexity of the human-computer interface in the work

environment of control room operators: what is when, how, and why used or should be

usable, respectively? The data gathered are taken as a basis to develop new ways of optimizing

the operators‘ work environment. These concepts consider likewise the design levels

of interaction, social communication, workflow support, and physical surroundings.

KEYWORDS Human-Machine-Interaction / Contextual Inquiry / Interaction Technologies

44

atp edition

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Tobias Schwarz, Holger Oortmann, Siemens AG

Harald Reiterer, Universität Konstanz

Innerhalb der letzten Jahrzehnte ist die Komplexität der

Arbeitsumgebung eines Operators durch immer mehr

Informationen und die Anzahl der technischen Geräte

gestiegen. Die zunehmende Automatisierung erleichtert

es Operatoren, die einzelnen Vorgänge zu beherrschen,

doch sie erschwert es ihnen, ein ganzheitliches

mentales Modell der zu überwachenden Prozesse zu bilden.

Dabei ist gerade die Generierung eines mentalen Modells

für die Überwachung des aktuellen Systemstatus,

im Speziellen beim Feststellen von Veränderungen in der

Prozessdynamik, essenziell wichtig [1]. Das Überwachen

und Kontrollieren von komplexen Prozessen, wie beispielsweise

in der Energieerzeugung, erfordert eine hohe

kognitive Beanspruchung von Operatoren [1]. Nach Künzler

(2002) lassen sich 70 % bis 90 % aller Unfälle in Produktionsprozessen

auf menschliche Fehler zurückführen

[2]. Diese Zahlen verdeutlichen, dass der Mensch mit

seinen angeborenen kognitiven Fähigkeiten beim Entwurf

der Systeme nicht ausreichend berücksichtigt wurde.

Dieses Problem lässt sich lösen, indem man nutzer- und

arbeitsorientierte Konzepte entwickelt. Diese zielen darauf

ab, Arbeitssysteme ganzheitlich zu gestalten, das heißt der

soziotechnischen Tradition folgend die Entwicklung und

den Einsatz von Technik, Organisation und Qualifikation

der Nutzer gemeinsam zu optimieren. Anstatt also die Anpassung

des Menschen an die Technik zu fordern, muss

sich die Technik an den Menschen anpassen, „human

pull“ statt „technology push“, oder „human driven“ statt

„technology driven“. Ausgangspunkt für eine soziotechnische

Systemgestaltung ist das Verständnis vom Denken

und Handeln des Benutzers. So müssen schon in frühen

Phasen eines anwenderorientierten Entwicklungsprozesses

(User Centred Product Innovation) Bedürfnisse und

Anforderungen der Benutzer evaluiert werden. Häufig enstehen

Probleme bei der Produktakzeptanz dadurch, dass

die Produkte nicht ausreichend auf die Aufgaben (Workflows)

der Benutzer ausgerichtet sind [3].

Im Rahmen des Beitrags werden erste Ergebnisse des

Forschungsprojektes „Holistic Workspace“ vorgestellt

und diskutiert. Ziel ist die Gestaltung einer holistischen

Arbeitsumgebung für Leitwartenmitarbeiter unter der

Berücksichtigung neuer Technologien und Ansätze aus

der Mensch-Maschine-Interaktion. In einer ersten Phase

sind neben wissenschaftlichen Erkenntnissen auch die

Bedürfnisse und Erwartungen der Nutzer über verschiedene

Domänen hinweg, wie beispielsweise Kraftwerke,

Flugsicherung und Tagebau, mittels einer Nutzungskontextanalyse

vor Ort erhoben worden. Der Beitrag erläutert

den Ablauf der Analyse, stellt die bedeutendsten Ergebnisse

vor und leitet daraus Grundsätze für die zukünftige

Gestaltung von Leitwarten ab.

1. Grundlagen Mensch-Computer-Interaktion

Erkenntnisse aus der Kognitionswissenschaft bestätigen,

dass eine enge Verbindung zwischen Denkprozessen, der

Wahrnehmung und körperlichen sowie sozialen Handlungen

besteht [4]. Daraus folgt für das Design von interaktiven

Systemen, dass der Mensch mit seinen physischen

und kognitiven Fähigkeiten, seinem Kontext und seinem

sozialen Umfeld zu betrachten ist [4]. Die Erkenntnisse aus

der Kognitionspsychologie, der multimodalen Interaktion

sowie des Tangible [5] und Social Computing werden zu

einem neuen Paradigma unter dem Begriff Reality-Based

Interaction [6] zusammengefasst. Dabei orientiert sich die

Interaktion zwischen Mensch und Maschine an der realen

Welt. Somit können gelernte und evolutionsbedingte Charakteristiken

des Menschen genutzt werden, um Interaktion

begreifbarer zu gestalten. Weiser veröffentlichte 1991

seine Vision vom Computer des 21. Jahrhunderts [7]. Die

Vision ist in der Wissenschaft unter den Paradigmen Ubiquitous

Computing bekannt. Das menschliche Handeln

soll allgegenwärtig durch eine Vielzahl von vernetzten,

kontextsensitiven, interaktiven Geräten mit unterschiedlichen

Formfaktoren (Pads und Boards) wie beispielsweise

Smartphones, Tablet PCs oder hochauflösenden Großdisplays

unterstützt werden [7].

Die dritte Phase in der Evolution der Mensch-Computer-Interaktion

ist von dem Ziel geprägt, die Interaktion

mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Endgeräten im

Sinne des Ubiquitous Computing an den Prinzipien der

atp edition

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45

Hauptbeitrag

Realitiy-Based Interaction zu orientieren [8]. Benutzer

interagieren dabei allein oder in Teams an gleichen oder

unterschiedlichen Orten und wechseln dabei nahtlos

zwischen realweltlicher Interaktion und Kommunikation

sowie computergestützter Interaktion und Kommunikation.

Dabei kommt es zu einer Vermischung (Blend)

von realer und digitaler Welt in vielfältigen Bereichen.

Die Arbeitsgruppe Mensch-Computer-Interaktion der

Universität Konstanz bezeichnet dieses neue Interaktionsparadigma

daher als Blended Interaction [8]. Bild 1

zeigt die Gestaltungsebenen des Blended Interaction.

Im Bereich der persönlichen Interaktion soll eine möglichst

intuitive Bedienung erreicht werden, da die Benutzer

an ihre Alltagserfahrungen bezüglich der Interaktion

mit Objekten in der realen Welt anknüpfen können.

Das Schreiben beispielsweise mit digitalen Stiften

auf Papier bewirkt eine analoge und digitale Darstellung.

Soziale Kommunikation kann zum Beispiel durch Multitouch-Systeme

unterstützt werden. Der Einsatz der

Systeme ermöglicht eine gleichberechtigte (demokratisierte)

Form der Kommunikation, da mehrere Benutzer

gleichzeitig interagieren und soziale Konventionen unmittelbare

Berücksichtigung finden können.

Im Rahmen der computergestützten Abläufe (Geschäftsprozesse)

geht es um die Gestaltung der organisatorischen

Einbettung von Abläufen in umfassende Prozesse sowie

deren Unterstützung durch Informationstechnologie. Dabei

sollte die Organisationsgestaltung an die Abläufe des Mitarbeiters

angepasst sein. So wird beispielsweise in komplexen

Prozessen meist nicht nur individuell, sondern verstärkt

in Teams gearbeitet. Teammitglieder können durch den

Einsatz digitaler Möglichkeiten, wie der Digital Pen & Paper-

Technologie, sofort die Schichtprotokolle betrachten und

per Suchfunktion in den Dokumenten suchen. Die Gestaltung

der physischen Arbeitsumgebung bezeichnet McCullough

(2004) als Digital Ground. Dabei werden Tische, Stühle,

Wände, aber auch Ton und Licht in die Gestaltung der

Interaktion miteinbezogen [9]. Ein- und Ausgabemedien

werden ebenfalls an die räumlichen Gegebenheiten optimal

angepasst (zum Beispiel gebogene Displays).

Die alleinige Steigerung des Realitätsbezuges der Interaktion

reicht hierbei nicht aus [8]. Die besondere Herausforderung

und der vom Standpunkt des Operators entscheidende

Vorteil besteht im sinnvollen Ineinandergreifen der

erprobten Möglichkeiten der realen Welt und den digitalen

Äquivalenten. In Anbetracht dessen ist es notwendig, einen

aufeinander abgestimmten holistischen Ansatz für einen

Operatorenarbeitsplatz zu gestalten, der sowohl die technische

Infrastruktur (Benutzungsoberfläche, Eingabe-, Ausgabe-,

Kommunikationsgeräte), die Arbeitsabläufe als auch

die physischen Räumlichkeiten und sozialen Interaktionen

sowie Kommunikation berücksichtigt. Der Ausgangspunkt

für die Gestaltung einer holistischen Arbeitsumgebung ist

die breit angelegte Nutzungskontextanalyse.

2. Untersuchung

2.1 Methodisches Vorgehen

Die Nutzungskontextanalyse beschreibt ausführlich die

realen Nutzungsbedingungen der Operatoren sowie die

BILD 1: Die vier

Gestaltungsebenen

des

Blended

Interaction

46

atp edition

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funktionellen Anforderungen an das System. Hierbei werden

typische Arbeitsschritte (Workflows) aufgedeckt und

kontextspezifische Schwierigkeiten berücksichtigt. Um

eine hohe Ergebnisqualität zu erreichen, ist es erforderlich,

die Experten in der natürlichen Arbeitsumgebung

direkt vor Ort zu befragen. Der Nutzungskontext wurde

aufgaben- und systemorientiert analysiert, folglich mit

Hilfe eines Methodenmix aus Cognitive Work Analysis

[10, 11] und Contextual Design [12]. Aufgrund der Besonderheiten

bei der Analyse von komplexen Systemen,

im Speziellen für Kraftwerke, wurde die Cognitive Work

Analysis (CWA) entwickelt. Die CWA bildete den theoretischen

Rahmen – die konkrete Anwendung der Methode

erfordert jedoch eine langwierige und tiefgreifende Auseinandersetzung

mit dem System. Gerade für einen Vergleich

mehrerer Domänen sind daher die Instrumente des

Contextual Design [12] (ethnographischer Ansatz) – teilnehmende

Beobachtungen und Experteninterviews – besser

geeignet. Bild 2 zeigt den Ablauf der Untersuchung

vor Ort. Insgesamt wurden die jeweiligen Domänen zwischen

sechs und acht Stunden vor Ort analysiert.

Insgesamt konnten 12 unterschiedliche Operatorenarbeitsplätze

in den 6 untersuchten Leitständen (Feuerwehrleitstand,

Postautomatisierung, Tagebau, Flugsicherung und

zwei Kraftwerksleitwarten) identifiziert werden. Die Arbeitsplätze

unterscheiden sich durch jeweils andere Zuständigkeitsbereiche

und andere Kernaufgaben innerhalb des

Gesamtprozesses. Im Rahmen der Nutzungskontextanalysen

wurden Interviews mit insgesamt 13 männlichen Mitarbeitern

(7 Operatoren und 6 Schichtleitern) durchgeführt.

Die Befragten waren durchschnittlich 47,38 (Standardabweichung,

SD = 5,92) Jahre alt. Die selbst berichtete Computer-Expertise

lag bei durchschnittlich 3,59 (SD = 0.92) auf

einer Ratingskala von 1 = keine Kenntnisse bis 5 = ausgezeichnete

Kenntnisse. Die besuchten Leitstände waren im

Durchschnitt M = 3,48 (SD = 3,26) Jahre alt, der jüngste besuchte

Leitstand ein halbes, der älteste 10 Jahre alt.

2.2 Ergebnisse

Im Rahmen der teilnehmenden Beobachtungen zeigte sich,

dass für einen reibungslosen Ablauf des Prozesses eine

ständige Kommunikation der beteiligten Personen erforderlich

ist. Nachts und an Wochenenden arbeiten bis zu 4

Personen (M = 2,55; SD = 1,04), tagsüber sogar bis zu 8 Personen

gleichzeitig (M = 3,73; SD = 2,24) mit demselben System

am gleichen Prozess. Derzeitige Systeme scheinen

diese zwingende Kollaboration aber nur wenig zu unterstützen,

da meist nur Eingabemöglichkeiten wie Maus und

Tastatur zur Verfügung stehen. Kollaboration ist jedoch

nicht nur zwischen den Mitarbeitern innerhalb der Leitwarte

erforderlich. Zum Beispiel ist auch die Koordination

von Technikern vor Ort eine wichtige Aufgabe. Gerade bei

anormalen Betriebszuständen findet die Kommunikation

über verschiedene Kanäle parallel statt – während der

Techniker vor Ort über Funk kontaktiert werden kann, ist

zur Kommunikation mit der Betriebszentrale ein Handy

oder Telefon erforderlich. Dazu kommt die Kommunikation

zwischen den Mitarbei tern, die meist von Angesicht

zu Angesicht stattfindet, aber auch indirekt über papierbasierte

Artefakte wie Notizen, Memos oder Warnschilder.

Einführung in

die Systeme

1 bis 2 h

Erste

teilnehmende

Beobachtung

2 h

Experten -

interview

45 min

Zweite

teilnehmende

Beobachtung

2 bis 3 h

Abschluss -

interview

30 min

BILD 2: Ablauf der Untersuchung vor Ort

36

32

34

28

Anzahl der Geräte

24

20

16

12

8

4

0

22

17

18,67

9

7

9

6,25

4

3,42

3

1

Eingabe Ausgabe Kommunikation Gesamt

Mittelwert

BILD 3: Eingabe-,

Ausgabe- und

Kommunikationsgeräte

an den

Arbeitsplätzen

atp edition

6 / 2011

47

Hauptbeitrag

BILD 4: Ergebnisse der

Experteninterviews bezüglich

der Optimierungspotenziale

4

Personalisierung

7%

5

Geräte am

Arbeitsplatz

9%

12

Sonstige

21%

10

Bildschirme

17%

13

Physische

Arbeitsumgebung

23%

13

Informationsvisualisierung

23%

Anzahl Nennungen

14

12

10

8

6

4

2

0

Mobile-Devices

Multitouch

Digital Pen&Paper

Laser-Pointer

Gesture-Interaction

Eye-Tracking

Voice-Control

Nein

Vielleicht

Ja

BILD 5: Bewertung der Nützlichkeit von Technologien durch Operatoren

Die vielfältigen digitalen und analogen Kommunikationsmöglichkeiten

führen zu einer entsprechenden Zahl

an Geräten – bis zu 7 Kommunikationsgeräte wie Telefone,

Handys und Funkgeräte befinden sich an einem

Arbeitsplatz. Hinzu kommen Mäuse, Tastaturen, Joysticks,

Bildschirme und so weiter, sodass ein durchschnittlicher

Leitwartenmitarbeiter bei seiner täglichen

Arbeit durchschnittlich bis zu M = 18,67 Geräte bedienen

und beobachten muss (siehe Bild 3).

Gleichermaßen verhält es sich bei der Verwendung von

Software. Operatoren verwenden durchschnittlich

M = 1,57 (SD = 2,23) Softwareprodukte. Schichtleiter hingegen

sind bei ihrer täglichen Arbeit auf M = 7 (SD = 1,26)

Software angewiesen. Erklärbar wird der Unterschied

durch zusätzliche Verwaltungsaufgaben der Schichtleiter

wie das Führen von Schichtplänen. Für diese Art von

Aufgaben wird Bürosoftware wie beispielsweise MS

Word oder MS Excel eingesetzt.

Die hohe Zahl an unterschiedlichen Geräten und Softwareprodukten

ist nach Aussagen der Mitarbeiter historisch

gewachsen. Tatsächlich lässt sich beobachten, dass

zwei oder mehr Softwareprogramme für identische Aufgaben

genutzt werden. In Bezug auf die Informationsvisualisierung

der Branchensoftware – vor allem die Darstellung

von Meldungen – konnte mehrfach beobachtet

werden, dass eine Vielzahl von Meldungen beim Operator

angezeigt werden (bis zu 12 Meldungen pro Minute).

Hinzu kommt der Umgang mit nicht einheitlich gestalteten

Farbcodierungen, was auf die unterschiedlichen

Softwareprodukte zurückzuführen ist.

Im Rahmen der halbstandardisierten Experteninterviews

wurden die Mitarbeiter zu Optimierungspotenzialen

an ihren eigenen Arbeitsplätzen befragt. Es ergaben

sich 57 Nennungen, die inhaltsanalytisch ausgewertet

und aggregiert wurden. Nach Aussagen der Mitarbeiter

besteht Handlungsbedarf in den Punkten physische Arbeitsumgebung,

Informationsvisualisierung, Bildschirme,

Anzahl der Geräte am Arbeitsplatz und Personalisierung

(siehe Bild 4).

In der physischen Arbeitsumgebung steht besonders

der Wunsch nach besseren akustischen, vereinzelt auch

Licht- und Klimaverhältnissen, im Vordergrund. In der

Kategorie Informationsvisualisierung wünschen sich die

Mitarbeiter eine verbesserte Prozessdarstellung und effizientere

Anzeigen im Bereich Alarmmanagement. Neben

der deutlichen Reduzierung von Einzelgeräten wünschen

sich Operatoren und Schichtleiter größere Bildschirme

mit höherer Auflösung. Die Befragten vermissen auch

Funktionen zur Personalisierung von Systemen, also zum

Beispiel die Möglichkeit, Oberflächen und Einstellungen

stärker nach ihren Bedürfnissen zu konfigurieren.

Ferner wurden neue Interaktionstechnologien für zukünftige

Entwicklungen vorgestellt und deren Vor- und

Nachteile für den spezifischen Arbeitskontext (N = 12)

diskutiert. Über 80 % der Befragten beurteilten die Technologien

Gesture-Interaction, Voice-Control und Eye-

Tracking als nicht hilfreich im Kontext der Leitstände.

Mobile-Devices würden sich 75 % der Befragten als Ergänzung

in ihrer derzeitigen Arbeitsumgebung wünschen,

da sich die Leitwartenmitarbeiter während der

Schicht nicht oder nur sehr begrenzt von ihrem Arbeitsplatz

entfernen dürfen (siehe Bild 5).

Nach Aussagen der Mitarbeiter würde ein mobiles Gerät

eine räumliche Flexibilität unterstützen. Die teilnehmende

Beobachtung zeigte, dass sich zwei Operatoren

vom Arbeitsplatz entfernen müssen, um beispielsweise

Systemanzeigen außerhalb der Leitwarte zu überprüfen.

Der Workflow der Mitarbeiter kann hier durch den Einsatz

eines mobilen Geräts unterstützt werden. Das Gerät

könnte beispielsweise jeweils die wichtigsten Meldungen

visualisieren. Multitouch-Systeme wurden mit erleichterter

Kollaboration und intuitiver Bedienung in

Zusammenhang gebracht und daher von der Hälfte der

Befragten als vorteilhaft für den eigenen Arbeitskontext

48

atp edition

6 / 2011

BILD 6:

Die holistische Arbeitsumgebung

für Operatoren

gesehen. Auch einen Einsatz der Digital Pen & Paper-

Technologie konnten sich die meisten Befragten durchaus

vorstellen. Die Mitarbeiter zweifelten jedoch an der

Alltagstauglichkeit der Geräte. Die großen Wandbildschirme

dienen lediglich der Überwachung von Teiloder

Gesamtprozessen, daher wird im Arbeitskontext

nur selten mit ihnen interagiert. So wurde der Laser-

Pointer als wenig nützlich beurteilt.

3. Diskussion der Ergebnisse

Die Ergebnisse aus der Studie liefern wertvolle Erkenntnisse

für die Gestaltung einer holistischen Arbeitsumgebung.

Es zeigte sich, dass bei heutigen Entwicklungen

immer das einzelne Produkt im Mittelpunkt steht, aber

nie die Komposition aller Geräte am Arbeitsplatz. So müssen

Operatoren beispielsweise Sammelsurien von bis zu

34 Geräten beherrschen. Folglich findet der Operator keinen

homogenen Arbeitsplatz vor sich, sondern eine Ansammlung

von vielen verschiedenen Einzelgeräten. Die

Vielzahl unterschiedlicher Geräte und Softwareprodukte

könnte gerade bei anormalem Betrieb zu einer kognitiven

Überforderung (cognitive overload) führen [13]. Folglich

wird die Wahrscheinlichkeit von fehlerhaften Entscheidungen

erhöht [14].

Eine konsistente Gestaltung der Benutzungsoberfläche

und ein durchgängiges Bedienkonzept ermöglicht es dem

Benutzer, Informationen schnell und effizient aufzufinden.

Die Informationsvisualisierung und das Meldungsmanagement

innerhalb der Softwaresysteme tragen derzeit

wenig dazu bei, die Operatoren kognitiv zu entlasten

– stattdessen werden häufig alle eingehenden Meldungen

in Form von unübersichtlichen Listen angezeigt. Im Bereich

der Informationsvisualisierung kann beispielsweise

durch den gezielten Einsatz von Zoomingkonzepten

eine Verbesserung erreicht werden. Des Weiteren sind

Kollaboration und Kommunikation innerhalb der Leitwarte

oder mit Technikern vor Ort essenzielle Bestandteile

alltäglicher Arbeitsabläufe. Operatoren werden derzeit

von den eingesetzten Technologien im Bereich der

kollaborativen Arbeit durch die Maus oder Tastatur nicht

ausreichend unterstützt. Dies wird auch von den Leitwartenmitarbeitern

gesehen, die Informationsvisualisierung

und Vereinheitlichung von Geräten am Arbeitsplatz als

Optimierungspotenziale erkennen. Zukünftige Entwicklungen

im Leitwartenkontext sollten sich daher stärker

um einheitliche und nachhaltige Konzepte bemühen, die

auf die kognitiven Informationsverarbeitungskapazitäten

der Operatoren zugeschnitten sind.

Die Experteninterviews haben gezeigt, dass der Einsatz

neuer Technologien, wie beispielsweise die Multitouch-

Technologie, von den Operatoren akzeptiert würde. Es

gilt jedoch zu beachten, dass es sich bei der Stichprobe

der befragten Operatoren um Personen mittleren Alters

handelte, die aus sehr unterschiedlichen Berufen stammen.

Beide Faktoren stellen, trotz der hohen Selbsteinschätzung

der Probanden bezüglich ihrer Computerexpertise,

besondere Anforderungen an die Gestaltung.

4. Ausblick

Im folgenden Abschnitt wird ein erstes Konzept für eine

holistische Arbeitsumgebung vorgestellt, das als Grundlage

für den Operatorenarbeitsplatz von Morgen angesehen

werden kann (siehe Bild 6). Ziel ist dabei, durch Einsatz

neuer technologischer Möglichkeiten der computergestützten

Interaktion und Kommunikation, Menschen

in ihren realen Abläufen zu entlasten. Dabei wird besonders

Wert auf den nahtlosen Wechsel zwischen realweltlicher

sowie computergestützter Interaktion gelegt (siehe

Abschnitt 1). Die Interaktion zwischen Operator und System,

die Kommunikation zwischen den Operatoren, die

atp edition

6 / 2011

49

Hauptbeitrag

BILD 7:

Digital Pen &

Paper-Technologie

am

Beispiel

Schichtbuch

Arbeitsabläufe sowie die Gestaltung des physischen Arbeitsumfelds

werden gleichermaßen beachtet. So schafft

beispielsweise die ergonomische Gestaltung der Räumlichkeiten

und des Arbeitsplatzes (physisches Arbeitsumfeld)

eine Atmosphäre, in der ein produktives Arbeiten

unterstützt wird [15].

Innovative Lösungen erleichtern und beschleunigen

die Arbeitsabläufe und reduzieren Fehlentscheidungen

und Kosten. Insbesondere die Multitouch-Technologien

ermöglichen die gemeinsame Eingabe mehrerer Personen

und fördern damit kollaboratives Arbeiten. Gemeinsamer

Zugriff erlaubt soziale Interaktionen wie Gesprächsführung,

Gestik und Organisation. Durch die direkte Manipulation

wird zugleich die Bedienung natürlicher.

Das kollaborative Arbeiten beispielsweise bei Schichtübergaben

kann durch große berührempfindliche Wandbildschirme

unterstützt werden. Diese können zusätzlich

mit der Ambient-Light-Technologie ausgestattet werden und

je nach Status eine andere Farbgebung der Hintergrundbeleuchtung

annehmen. So könnte sich im Störfall die Umrandung

beispielsweise rot einfärben (siehe Bild 6).

Im Bereich der Informationsdarstellung können durch

den Einsatz von speziellen Visualisierungstechniken erhebliche

Verbesserungen bei der Präsentation von großen

Datenmengen erzielt werden. So werden beispielsweise

mit der Fisheye-Technik Informationen im Fokus klar lesbar

und vergrößert angezeigt, der Kontext wird zwar sichtbar

aber nur auszugsweise abgebildet und dient somit der

Referenzen

[1] Wickens, C. D. und Holland, J. G.: Engineering psychology and

human performance. Prentice Hall, New Jersey 2000

[2] Künzler, C.: Kompetenzförderliche Sicherheitskultur,

Ganzheitliche Gestaltung risikoreicher Arbeitssysteme

Mensch, Technik, Organisation. Band 36. vdf Hochschulverlag,

Zürich 2002

[3] Schwichtenberg, B., Knapp, B., Oortmann, H.: Wokflow

Analyse für Investitionsgüter. Usability Professionals (UPA),

München 2010

[4] Dourish, P.: Where The Action Is: The Foundations of

Embodied Interaction. MIT Press, Cambridge 2001

[5] Ishii, H., und Ullmer, B.: Tangible Bis: Towards Seamless

Interfaces between People, Bits and Atoms. In Proceedings

of the SIGCHI conference on Human factors in Computing

Systems CHI 2007. ACM Press, New York, S. 234-241

[6] Jacob, R. J., Girouard, A., Hirshfield, L. M., Horn, M. S., Shaer,

O., Solovey, E. T., Zigelbaum, J.: Reality-based interaction:

a framework for post-WIMP interfaces. In Twenty-Sixth

Annual SIGCHI Conference on Human Factors in Computing

Systems CHI 2008. ACM Press, New York, S. 201-210

[7] Weiser, M.: The Computer for the Twenty-First Century. In

Scientific American Vol. 265, No.3 1991, S. 94-100

[8] Arbeitsgruppe Mensch-Computer Interaktion Universität

Konstanz (2010). (http://hci.uni-konstanz.de/index.

php?a=research&lang=en), Zugriff 04.04. 2010

[9] McCullough, M.: Digital Ground: Architecture, Pervasive

Computing, and Environmental Knowing. MIT Press,

Cambridge 2004

[10] Rasmussen, J.: Information Processing and Human-Machine

Interaction. North-Holland, New York 1986

50

atp edition

6 / 2011

Orientierung. Ferner werden bei semantischen Zoomverfahren

die darzustellenden Inhalte beim Zoomen berücksichtigt,

das heißt der Operator kann beispielsweise unter

Erhalt des Kontextes in einer Kartendarstellung zoomen.

Dabei bleibt der Überblick bei der Navigation im Kontext

erhalten, und die Menge der dargestellten Information

orientiert sich am verfügbaren Platz.

Des Weiteren können spezifische Arbeitsabläufe durch

Nomadic Devices wie beispielsweise Smartphones unterstützt

werden. Die Visualisierung der wichtigsten Informationen

auf diesen Geräten ermöglicht es, Aufgaben durchgängig

an verschiedensten Orten, auch abseits des eigenen

Arbeitsplatzes, verantwortungsvoll wahrzunehmen.

Das Schichtbuch kann beispielsweise mittels der Digital

Pen & Paper-Technologie geführt werden, wodurch

die Daten sowohl in analoger als auch in digitaler Form

vorliegen (siehe Bild 7). Somit findet nahezu ein nahtloser

Übergang zwischen digitaler Welt und physischem

Arbeitsbereich statt.

5. Fazit

Die erarbeiteten Konzepte einer holistischen Arbeitsumgebung

werden auf Basis der domänenübergreifenden

Untersuchungen im nächsten Schritt weiter umgesetzt.

Dabei soll ein nahtloser Wechsel zwischen der realen und

der computergestützten Interaktion sowie Kommunikation

möglich sein, um die Arbeitszufriedenheit der Mitarbeiter

zu steigern. Neue Interaktionstechnologien können

einen wichtigen Beitrag zur Optimierung der Zusammenarbeit

von Mensch und Technik leisten. Innovative und

intuitive Lösungen erleichtern und beschleunigen die Arbeitsabläufe

und reduzieren Fehlentscheidungen sowie

Kosten im Unternehmen.

Manuskripteingang

26.05.2010


Autoren

M. Sc. Tobias Schwarz

(geb. 1980) ist Doktorand

der Siemens AG (Corporate

Technology). Er ist verantwortlich

für das Forschungsprojekt

„Holistic

Workspace“ mit den

Schwerpunkten Usability

Engineering und Interaction

Design. Das Projekt wird in Kooperation mit

der Universität Konstanz durchgeführt.

Siemens AG,

Corporate Research and Technologies

(CT T DE IT 2),

Otto-Hahn-Ring 6,

D-81739 München,

Tel. +49 (0) 89 63 64 96 53,

E-Mail: schwarz.tobias.ext@siemens.com

Dr.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-

Ing. Holger Oortmann

(geb. 1970) ist als Program

Manager verantwortlich für

das Thema Usability

Engineering bei der Corporate

Technology der Siemens

AG. Seit 1997 ist er

auf dem Gebiet Usability

Engineering für technische Systeme aktiv.

Siemens AG,

Corporate Research and Technologies

(CT T DE IT 2),

Otto-Hahn-Ring 6,

D-81739 München,

Tel. +49 (0) 89 63 64 63 42,

E-Mail: holger.oortmann@siemens.com

[11] Vicente, K. J.: Cognitive Work Analysis: Towards Safe,

Productive, and Healthy Computer-Based Work. L.

Erlbaum Associates Inc, Hillsdale 1999

[12] Beyer, H. und Holtzblatt, K.: Contextual design: defining

customer-centered systems. Morgan Kaufmann Publishers

Inc, San Francisco 1998

[13] Wittenberg, C.: Virtuelle Prozessvisualisierung am Beispiel

eines verfahrenstechnischen Prozesses. Fortschritt-

Bericht VDI Verlag, Düsseldorf 2001

[14] Grams, T.: Bedienfehler und ihre Ursachen (Teil 1).

atp-Automatisierungstechnische Praxis 40 (3). Oldenbourg

Verlag, München 1998, S. 53-56

[15] Hettinger, T., Kaminsky, G., Schmale, H.: Ergonomie am

Arbeitsplatz. Daten zur menschengerechten Gestaltung der

Arbeit (2. Aufl.). Kiehl Friedrich Verlag, Ludwigshafen 1989

Prof. Dr. Harald

Reiterer (geb. 1961) leitet

die Arbeitsgruppe Mensch-

Computer Interaktion im

Fachbereich Informatik

und Informationswissenschaft

der Universität

Konstanz.

Seine Forschungsschwerpunkte

liegen in den Bereichen Interaction

Design, Usability Engineering und Information

Visualization.

Universität Konstanz,

Arbeitsgruppe Mensch-Computer Interaktion,

Universitätsstr. 10, D 73,

D-78457 Konstanz,

Tel. +49 (0) 7531 88 37 04,

E-Mail: Harald.Reiterer@uni-konstanz.de

atp edition

6 / 2011

51

hauptbeitrag

Tests von Feldgeräten

mit Profibus PA-3.02

Praxisrelevante Versuche bestätigen Profilfunktionalität

Unter Anwendern in der Prozessautomatisierung wächst die Nachfrage nach Feldgeräten

mit den neuen Funktionalitäten des Profibus PA-Profils 3.02. Die Standardisierungsarbeiten

und die Umsetzung des Profils in den Zertifizierungsprozess wurden 2009 in der

Profibus Nutzer Organisation (PNO) erfolgreich abgeschlossen. Nun sollten – vom Standpunkt

der Anwender aus gesehen – praxisrelevante Tests die Umsetzung und die Auswirkungen

der neuen Funktionalitäten in den im Markt verfügbaren Feldgeräten und Hostsystemen

aufzeigen. Der Beitrag beschreibt, wie erstmals herstellerunabhängig Feldgeräte

im Prüflabor von BIS Prozesstechnik in Frankfurt am Main auf die Funktionalität des

PA-Profils 3.02 hin getestet wurden.

SCHLAGWÖRTER Profibus / Prozessautomation / PA Profil 3.02 / Asset Management /

Life Cycle Management / Geräteintegration

Tests of Field Devices with Profibus PA 3.02 –

Practice-oriented Examinations Confirm Profile Functionality

Users in process automation are more and more asking for field devices with implemented

Profibus PA Profile 3.02. After finishing the standardization works and the implementation

of the PA Profile 3.02 into the certification process of PI (Profibus & Profinet International)

in 2009, practice-oriented examinations should demonstrate the realization and

the impact of the new functionalities. The paper describes how field devices according to

PA Profile 3.02 of different manufacturers have been tested at the test lab of BIS Prozesstechnik

in Frankfurt/Main, Germany.

KEYWORDS Profibus / Process Automation / PA Profile 3.02 / Asset Management /

Life Cycle Management / Device Integration

52

atp edition

6 / 2011

Michael Pelz, Clariant Produkte

Sven Seintsch, BIS Prozesstechnik

Steffen Ochsenreither, PNO

Der gewohnte Umgang mit der konventionellen

4-20-mA-Technologie diente als Maßstab für

das Profibus PA Profil 3.02. Die Innovationen

des Profils zielen vor allem auf eine vereinfachte

Handhabung der Feldbustechnologie in

der industriellen Praxis ab. Die wesentlichen Neuerungen

im Profil 3.02 sind die grundlegenden Maßnahmen

zur Vereinfachung der Geräteintegration über den Lebenszyklus

einer Produktionsanlage. Es handelt sich

beispielsweise um Vorschriften zur Kennzeichnung der

Software-Variante am Gerät, die automatische Anpassung

an Funktionalität von Vorgängerversionen im zyklischen

Verkehr, herstellerübergreifende Richtlinien

für Änderungen der Gerätesoftware und deren Auswirkung

auf Kompatibilität. Darüber hinaus definiert das

Profil 3.02 die verpflichtende Abbildung der spezifischen

Diagnoseinformationen von Feldgeräten auf standardisierte

Kategorien (NE107 – Selbstüberwachung

und Diagnose von Feldgeräten) und den deutlich

schnelleren Transfer von Feldgerätedaten, zum Beispiel

bei der Übertragung von parametrierten Daten während

eines Gerätetauschs.

1. Praxisrelevante Testszenarien

Nach Verabschiedung des Profils 3.02 galt es, die Praxistauglichkeit

zu beweisen. Dafür wurden im Prüflabor

der BIS Prozesstechnik verschiedene Testfälle durchgespielt,

in denen die neuen Geräte ihre Einsatzfähigkeit

beweisen mussten. Für die praktischen Tests wurden

zwei Geräte verwendet: ein Stellungsregler der Firma

Samson sowie ein Temperaturtransmitter der Firma

Endress+Hauser. Bei diesem handelt es sich zwar um ein

Profil-3.01-Gerät, jedoch wurde hier die Funktionalität

des neuen Profils 3.02 bereits vom Hersteller implementiert.

Die Feldgeräte wurden in fünf verschiedenen Aufbauten

mit Leitsystemen der Hersteller Siemens, ABB

und Schneider getestet. Im Fokus stand dabei der Austausch

eines Altgerätes gegen ein Neugerät; ein Fall, wie

er häufig in der Praxis auftritt, wenn in einer bestehenden

Anlage ein Gerät ausfällt und durch ein Gerät mit

einer neueren Version ersetzt werden muss.

Im betrieblichen Alltag lässt sich die Gerätekonfiguration

im Leitsystem ohne einen Stopp des zyklischen Datenaustauschs

und somit einer Unterbrechung der Prozessführung

oft nicht ändern. Hierfür ist es wichtig, dem

Anwender eine Lösung zur Verfügung zu stellen, bei der

der zyklische Teil des Automatisierungssystems beim

Gerätewechsel nicht betroffen ist. Ein Testszenario ist

im Bild 1 dargestellt.

2. Aufbau und Vorgehen

An allen Leitsystemen wurde ein PA-Strang mit Feldgeräten

konfiguriert und in Betrieb genommen. Daraufhin

erfolgte der Austausch des konfigurierten Gerätes

gegen ein Gerät neuerer Version mit der entsprechenden

Busadresse. Überwacht wurde sowohl die zyklische

Messwertübertragung als auch der Status des

Messwertes. Um möglichst viele Einsatzfälle abdecken

zu können, erstreckte sich der Test über verschiedene

Konfigurationen:

So kann der Stellungsregler beispielsweise nur zur

Übertragung des Stellsignals vorgesehen sein oder

aber auch zusätzlich die aktuelle Ventilstellung und

die diskreten Ventilpositionen übertragen. Weitere

Konfigurationen sind möglich.

Auch der Temperaturtransmitter wurde auf verschiedene

Weise getestet: So wurde das Gerät mit

der Konfigurationsdatei des Herstellers sowie mit

der Profil-GSD eingebunden. In allen genannten

Fällen muss sich der neue Transmitter, der das installierte

Gerät ersetzt, automatisch auf die im Leitsystem

verwendete Ident.-Nummer adaptieren und

die Konfiguration, das heißt die Einstellung, welche

Werte übertragen werden sollen, übernehmen (siehe

Bild 2). Bei Geräteanlauf wird überprüft ob die

Ident.-Nummer der GSD, welche im Leitsystem verwendet

wird, und die Ident.-Nummer des Feldgerä-

atp edition

6 / 2011

53

Hauptbeitrag

BILD 1: Aufbau eines

Testszenarios im

Projektierungstool

Bild 2:

Automatische Adaption

der Ident.-Nummer

des Feldgerätes

Tabelle 1:

Verschiedene Varianten

von Gerätekombinationen

decken ein breites Spektrum

in der Praxis ab

*Keine automatische Adaption

der Ident.-Nummern möglich.

Änderung der Ident.-Nummer

muss am Feldgerät oder über

einen Master Klasse 2 erfolgen.

Gerätetyp

Bestehende

Konfiguration

Neugerät SK1 SK2 SK3

Link/

Koppler

Temperaturtransmitter TMT 184 TMT 84 ✓ ✗* ✓ ✓

Profil 1AI TMT 84 ✓ ✗* ✓ ✓

Stellungsregler 3785 Profil 2 3730-4 ✓ ✗* ✓ ✓

3785 Profil 3 3730-4 ✓ ✗* ✓ ✓

Bild 3:

Die Versuchsanlage

vor und nach

dem Tausch des

Stellungsreglers

54

atp edition

6 / 2011

Lernen Sie die

kennen!

Jetzt noch

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tes übereinstimmen. Nur wenn dies der Fall ist,

funktioniert der zyklische Datenaustausch zwischen

Feldgerät und Leitsystem.

Dabei ist die Ident.-Nummer (Identifikationsnummer) eine

eindeutige Nummer, welche einem zertifizierten Gerät

einmalig zugewiesen wird. In Verbindung mit der im Leitsystem

hinterlegten Konfigurationsdatei, der GSD, wird

das Feldgerät eindeutig identifiziert.

Ein Feldgerät kann sowohl mit einer herstellerspezifischen

Konfigurationsdatei als auch mit der Profil-GSD

in das Leitsystem eingebunden werden. Mit der Profil-

GSD können dabei, unabhängig vom Hersteller, die wesentlichen

Funktionalitäten der Geräte im Leitsystem

abgebildet werden.

Ein wesentlicher Teil der Profibus-PA-Infrastruktur ist

der Segmentkoppler, welcher Profibus DP und Profibus

PA miteinander verbindet und in jedem PA-Segement

vorhanden sein muss. Er wandelt die unterschiedlichen

Physical Layer und passt die Busgeschwindigkeiten an.

Derzeit finden vier Geräte ihren Einsatz in der Industrie:

Link/Koppler (Siemens), Segment-Koppler SK1, SK2

(nicht mehr kommerziell erhältlich) und SK3 (alle

Pepperl+Fuchs). Diese Segmentkoppler bieten unterschiedliche

Funktionalitäten und unterscheiden sich in

ihrem Verhalten am Bus. Aus diesem Grund wurden

während des Tests alle genannten Typen verwendet.

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3. Vereinfachter Gerätetausch im Praxistest

Der Test wurde an allen Leitsystemen mit den Segmentkopplern

SK1, SK2 und SK3 durchgeführt, am Leitsystem

der Firma Siemens kam zusätzlich die Link/Koppler-

Kombination zum Einsatz. An einem Leitsystem wurde

die bestehende Konfiguration DTM-basiert durchgeführt,

das heißt die in den DTM vorhandene GSD verwendet.

4. Volle Funktionalität –

Direkt nach dem Austausch

Die Adaption der Ident.-Nummer verlief bei beiden getesteten

Geräten, gleich welche Konfiguration verwendet

wurde, automatisch und ohne Probleme. Einzige

Ausnahme stellen die Testsysteme mit SK2 dar: Hier

erfolgte die Adaption der Ident.-Nummer erst nach einem

manuellen Eingriff am Gerät. Zum Zeitpunkt der

Entwicklung des SK2 berücksichtigte die damals gültige

Feldbusnorm IEC 61158 nicht die Möglichkeit, mehrere

Ident.-Nummern einem Feldgerät zuzuordnen. Der

SK2 wurde inzwischen durch den SK3 abgelöst der

uneingeschränkt die automatische Adaption von Ident.-

Nummern durch Feldgeräte mit Profibus PA 3.02 Profil

unterstützt.

Der Adaptierungsvorgang ist ebenso unabhängig von

der verwendeten DP-Baudrate: Getestet wurde sowohl

mit 93,75 kBit/s und, bei Segmentkopplern, die höhere

DP-Geschwindigkeiten erlauben, auch mit 12 MBit/s

auf der DP-Seite. Auch hier erfolgte die Adaption auto-

Programm-Download

und Online-Registrierung

im Internet unter

www.atp-mediathek.de

Die atp-mediathek ist ein Angebot der Oldenbourg Industrieverlag GmbH,

Rosenheimer Str. 145, 81671 München, GF: Hans-Joachim Jauch

Hauptbeitrag

Bild 4:

Zuordnung der

Statussignale

(Condensed Status)

nach NE 107

Bild 5: NE107 Baustein

matisch und dies unabhängig vom verwendeten Leitsystem

und von der Art der Geräteintegration (GSD

oder DTM-basiert).

Beide Testgeräte wurden mit der Einstellung „Auto-

Adaptieren“ ausgeliefert. Ein unterschiedliches Verhalten

zeigte sich bei der Umsetzung der Adaption: Der

Temperaturtransmitter speichert die automatisch adaptierte

Ident.-Nummer nicht und adaptiert sich bei jedem

Busanlauf/Power-Reset neu, während der Stellungsregler

die automatisch adaptierte Ident.-Nummer nichtflüchtig

speichert. Dadurch ist kein erneutes Adaptieren

nach Busanlauf/Power-Reset nötig.

Die GSD-Dateien der Altgeräte funktionieren mit den

Neugeräten weiter, das heißt es sind keine Änderungen

im Leitsystem nötig, und es findet kein ungeplanter Stop

der Anlage statt. Eine manuell eingestellte Ident.-Nummer

wird bei beiden Testgeräten nichtflüchtig gespeichert.

Der Anwender hat somit die Möglichkeit, die automatische

Adaptierung zu umgehen und die Ident.-

Nummer des alten Gerätes per Hand einzustellen.

Da die automatische Adaption in Anlagen, in denen ein

SK2 verwendet wird, nicht funktioniert, kann das Gerät

mit diesem zusätzlichen Schritt auch hier einfach getauscht

werden. Die Option, die Ident.-Nummer direkt am

Display des Gerätes einzustellen, vereinfacht den Tausch

von Alt- gegen Neugerät nochmals um ein Vielfaches.

Zu keinem Zeitpunkt des Tests, weder beim „Ausfall“

des Alt-Gerätes noch beim Tausch oder der Anpassung

an die Ident.-Nummer, gingen die Leitsysteme in den

Stop. Für den Anwender bedeutet dies einen unterbrechungsfreien

Betrieb der Anlage; über die Dauer des

Ausfalls bis zum Austausch des defekten Gerätes hinweg.

Damit ist eine der wesentlichen Anforderungen an

das Profil 3.02 erfüllt.

Bild 3 zeigt ein Beispiel für einen Gerätetausch.

5. Die richtigen Informationen am richtigen Ort

Eine weitere Neuerung des Profils 3.02 ist die Übertragung

eines Sammelstatus nach Namur-Empfehlung NE

107. Dabei beschränkt sich der Status auf die Informationen

„Ausfall“, „Funktionskontrolle“, „Außerhalb der

Spezifikation“ und „Wartungsbedarf“. Das Ziel ist, den

Anlagenfahrer zu entlasten und ihm nur die Informationen

zur Verfügung zu stellen, die er für eine sichere

Prozessbedienung benötigt. Zur Auswertung der Statusinformationen

ist im Prozessleitsystem ein Funktionsbaustein

nötig, mit dem die Bitinformationen des

Statusbytes mit dem richtigen Statussymbol verknüpft

werden. Zum Test der Diagnosemeldungen wurden Fehlerfälle

simuliert und die richtige Zuordnung zu den

Statussignalen kontrolliert (Bild 4).

Im Vorfeld wurde für jedes System ein Funktionsplan

erstellt, um den Status entsprechend der Profil-Codierung

auszuwerten. Für das System von Schneider ist ein

56

atp edition

6 / 2011

derartiger Baustein bereits vorhanden, für die anderen

Systeme wurde ein eigener Baustein programmiert, der

durch die Vereinheitlichung des Statusbits für alle Profibus

PA Geräte nach Profil 3.02 verwendet werden kann

(siehe Bild 5).

Zur Prüfung wurden verschiedene Fehler simuliert:

Am Temperaturtransmitter unter Anderem die „Ausfälle“

Sensorkurzschluss, Sensorbruch sowie der Zustand

„Außerhalb der Spezifikation“ mittels Umgebungstemperaturüberschreitung.

Das Gerät ordnet den Fehlern

den jeweiligen passenden Status zu. Dieser wird dann

im Leitsystem dargestellt. Die Statusinformationen der

Fehler sind fest codiert, können somit vom Anwender

nicht geändert werden.

Im Unterschied zum Temperaturtransmitter kann

beim Stellungsregler die Zuordnung der Statusinformationen

zum jeweiligen Gerätefehler vom Anwender mittels

DTM oder der herstellerspezifischen Software der

Applikation entsprechend festgelegt werden. Bei den am

Stellungsregler simulierten Zuständen handelte es sich

Breite Akzeptanz – NAMUR-Arbeitskreis 2.6 „Feldbus“

„Nach der guten Zusammenarbeit zwischen PNO und Namur-

AK 2.6 „Feldbus“, bei der Erstellung des PA-Profils 3.02, war es

wichtig, die Auswirkungen der neuen Funktionalitäten in einem

praxisrelevanten Test zu prüfen.

Der Test hat verdeutlicht, dass durch die Funktionalität

„automatische Ident-Nummer-Adaption“ des PA-Profils 3.02

der Feldgerätetausch wesentlich vereinfacht werden kann,

ohne die Verfügbarkeit der restlichen Anlage zu beeinflussen.

Gleichzeitig hat sich gezeigt, dass es möglich ist, Funktionalitäten

für Endanwender zu vereinfachen und die Handhabung

praxisnäher zu gestalten. Nun sollte diese Vorgehensweise

auch in anderen Bereichen etabliert werden, um die Komplexität

für Endanwender weiter zu minimieren (zum Beispiel bei der

Geräteintegration, FDI).

Durch die nun verpflichtend gewordene Standardisierung der

Status- und Diagnoseinformationen von Geräten nach den Kategorien

der Namur-Empfehlung 107 „Selbstüberwachung und

Diagnose von Feldgeräten“, erhält der Anwender eine

herstellerübergreifende, standardisierte und einfach handhabbare

Gerätediagnose. Dank dieser Harmonisierung lassen sich

die Vorteile einer aktiven Gerätediagnose nun wesentlich

effizienter nutzen.

Noch offen sind die Untersuchung der Kennzeichnung der

Software-Variante direkt am Gerät und der wesentlich

schnellere Datentransfer zwischen Feldgerät und übergeordnetem

System (zum Beispiel PLS). Diese beiden Funktionalitäten

des PA-Profils 3.02 bieten das Potenzial, den Gerätetausch

und das Gerätemanagement noch weiter zu verbessern. Umso

wichtiger ist es, die Testergebnisse für diese beiden Funktionalitäten

zu einem späteren Zeitpunkt nachzureichen.

Das beschriebene positive Testergebnis zeigt deutlich, dass

eine frühe und offene Kommunikation zwischen Herstellern

und Anwendern eine lohnenswerte Investition für alle

Beteiligten darstellt.

Stefan Erben, Entwicklungsleiter

Elektronik, Samson AG:

„Wesentlich für die Akzeptanz und die

Verbreitung von Feldbustechnik in der

Prozessautomatisierung ist neben der

problemlosen Geräteintegration die

Einfachheit eines Gerätetauschs im

laufenden Betrieb einer verfahrenstechnischen

Anlage. Als Maßstab gilt hier die 4-20-mA-Technologie.

Nur wenn ein Gerätetausch ebenso einfach zu bewerkstelligen

ist wie bei 4-20 mA, wird auch der Feldbus diese

Akzeptanz finden. Das Profibus PA Profil 3.02 hat diese

Anwenderanforderungen aufgegriffen und eine gute

Plattform für Geräte der Prozessautomatisierung geschaffen.

Um dies zu unterstützen, hat Samson an der Spezifikation

mitgearbeitet und diese Erweiterungen des bewährten

PA-Profils in seine Geräte implementiert. Der Test bei BIS

Prozesstechnik hat eindrucksvoll gezeigt, wie Anforderungen

aus der Praxis der Prozessautomatisierung sinnvoll in eine

Spezifikation aufgenommen und anschließend durch einen

praxisnahen Test verifiziert werden können.“

Dr. Jochen Müller, Head of Global Plant

Asset Management Business,

Endress+Hauser Process Solutions AG:

„Seit Jahren erhebt der digitale Feldbus

den Anspruch, die in der Prozessindustrie

verbreitete 4-20-mA-Technologie

abzulösen. In der industriellen Praxis

impliziert dies aber auch einen Vergleich

des praktischen Umgangs der Feldbustechnologie mit der

einfachen Handhabung der 4-20-mA-Technologie. Gerade der

Gerätetausch gestaltete sich problematisch, auch aufgrund

der ständig fortschreitenden technischen Entwicklung. Mit

dem PA Profil 3.02 ist es nun endlich möglich, Feldgeräte

nach Jahren problemlos zu tauschen und dennoch von den

Weiterentwicklungen der Hersteller zu profitieren. Durch die

Mitarbeit von Endress+Hauser an der Erstellung des Profils

haben beide Seiten, sowohl die Anwender als auch die

Hersteller, voneinander gelernt und profitiert. Das Ergebnis

des Tests bei BIS Prozesstechnik beweist nun eindrucksvoll

wie die Kundenanforderungen konsequent in den Geräten

umgesetzt wurden.“

atp edition

6 / 2011

57

Hauptbeitrag

zum Beispiel um Nullpunktabweichung, Blockierung

des Antriebs als „Wartungsbedarf“ und die „Funktionskontrolle“

durch Initialisierung. Auch diese Fehler wurden,

entsprechend der Voreinstellung im Gerät, passend

zugeordnet.

Fazit

Die Testresultate überzeugten: In den Multi-Vendor Anlagen

bei BIS Prozesstechnik in Frankfurt erfüllten die

Feldgeräte die Anforderungen der Anwender durchweg

mit positivem Ergebnis. Somit ist ein großer Schritt in

Richtung der einfachen Geräteintegration getan. Sowohl

der Gerätetausch als auch die zusammengefassten Diagnosemeldungen

ermöglichen dem Anwender einen

noch einfacheren und intuitiveren Umgang mit der bewährten

Technologie. Feldgeräte können nun getauscht

werden, ohne die Anlage stoppen zu müssen. Durch die

Reduzierung der Diagnosemeldungen auf die notwendigen

Informationen kann der Leitstand schnell und

gezielt auf Fehler reagieren.

Das Profil 3.02 hat nun endgültig den Weg in die Feldgeräte

gefunden: Den Anwendern stehen bereits ein

Druck- sowie in Kürze ein Füllstandsmessgerät der Firma

Endress+Hauser zur Verfügung. Durch die schnelle Implementierung

des Profils in die Feldgeräte durch die

Hersteller können die Anwender im Laufe des Jahres 2011

mehr als 12 Geräte mit 3.02 Funktionalität einsetzen.

Manuskripteingang

29.04.2010


Autoren

Dipl.-Ing. Sven Seintsch

(geb. 1969) leitet das Prüflabor

der BIS Prozesstechnik

GmbH. Er ist Mitglied des

Namur-Arbeitskreises 2.6

„Feldbus“. In der IGR leitet

er das Arbeitsfeld „EMR

Prüftechnik“.

BIS-Prozesstechnik GmbH,

Industriepark Höchst, D710,

D-65926 Frankfurt am Main, Tel. +49 (0) 69 3 05 26 63,

E-Mail: sven.seintsch@BIS.bilfinger.com

Dipl.-Ing. Michael Pelz

(geb. 1966) ist EMR-Betriebsingenieur

und Ansprechpartner

für Feldbusthemen

im Bereich der Business

Unit Pigments der Clariant

Produkte (Deutschland)

GmbH. Er ist Obmann des

Namur-Arbeitskreises 2.6

„Feldbus“, Leiter der Prolist-Arbeitsgruppe

„Feldbustechnik“ und Mitglied des IGR- (Interessengemeinschaft

Regelwerke Technik)

Arbeitskreises „Feldbus“.

Clariant Produkte (Deutschland) GmbH,

BU Pigments, Operations Rhein–Main /

Department AZO, Industriepark Höchst, E632,

D-65926 Frankfurt am Main,

Tel. +49 (0) 69 30 52 94 94,

E-Mail: michael.pelz@clariant.com

Referenzen

[1] NE107: Selbstüberwachung und Diagnose von Feldgeräten,

Juni 2006

[2] NE105: Anforderungen an die Integration von Feldbusgeräten

in Engineering Tools für Feldgeräte, August

2004

[3] NE 53: Software von Feldgeräten und signalverarbeitenden

Geräten mit Digitalelektronik

[4] Pelz, Michael, Seintsch, Sven, Gerätekommunikation

im Wandel, atp 4/2008, S. 52-57

[5] Kiupel, Niels, Der Feldbus – eine Erfolgsgeschichte,

atp edition 3/2010, S. 30-37

Steffen Ochsenreither

(geb. 1984) ist Marketing

Manager Fieldbus,

Endress+Hauser Process

Solutions AG. Er studierte

Wirtschaftsingenieurwesen

mit der Vertiefung in Elektround

Informationstechnik und

schloss sein Studium als

Master of Engineering ab. Seitdem ist er bei

Endress+Hauser im Bereich Technology Marketing

verantwortlich für Profibus. Darüber hinaus leitet

er den PNO Arbeitskreis „Marketing Process

Automation“.

Endress+Hauser Process Solutions AG,

Kägenstraße 2, CH-4052 Basel,

Tel. +41 (0) 61 7 15 74 98,

E-Mail: steffen.ochsenreither@solutions.endress.com

58

atp edition

6 / 2011

Mehr Diagnose

für intelligente

Sensoren und Aktoren

IO-Link

Intelligente Geräte brauchen

einfache Schnittstellen

Diese Neuerscheinung ist didaktisch so aufgebaut, dass es je

nach Qualifikation, verschiedene Einstiegs-Levels (Einsteiger,

Fortgeschrittene, Experten) gibt.

Das umfassende Kompendium beschreibt die neue, herstellerunabhängige

IO-Link-Schnittstelle. Diese kann über Sensoren und Aktuatoren

auf einfache Weise Daten mit der überlagerten Steuerung austauschen.

Anstatt vieler proprietärer Systeme muss der Anwender in

Zukunft also nur noch ein System kennen. Parametrierungen können

automatisch in die Geräte geladen und umgekehrt Diagnose- und

Wartungsinformationen an die Leitwarte gemeldet werden. Was sich

zunächst komplex anhört, funktioniert mit IO-Link ganz einfach.

Ergänzend zu den detaillierten, theoretischen Beschreibung und ihrer

Vorteile finden Ingenieure und Praktiker aus dem Maschinen- und

Anlagenbau, Betreiber, Instandhalter, Planer und Systemintegratoren

auch vertiefende Übungen und praktische Beispiele.

Autoren: P. Wienzek, J. R. Uffelmann

1. Auflage 2010, 310 Seiten, Broschur

Oldenbourg Industrieverlag München

www.oldenbourg-industrieverlag.de

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IO-Link

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mit einer Gutschrift von € 3,- auf die erste Rechnung belohnt.

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45039 Essen


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Widerrufsrecht: Sie können Ihre Vertragserklärung innerhalb von zwei Wochen ohne Angabe von Gründen in Textform (z.B. Brief, Fax,

E-Mail) oder durch Rücksendung der Sache widerrufen. Die Frist beginnt nach Erhalt dieser Belehrung in Textform. Zur Wahrung der

Widerrufsfrist genügt die rechtzeitige Absendung des Widerrufs oder der Sache an die Vulkan-Verlag GmbH, Versandbuchhandlung,

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Nutzung personenbezogener Daten: Für die Auftragsabwicklung und zur Pflege der laufenden Kommunikation werden personenbezogene Daten erfasst und gespeichert. Mit dieser Anforderung erkläre ich mich damit einverstanden, dass ich vom Oldenbourg Industrieverlag oder vom

Vulkan-Verlag per Post, per Telefon, per Telefax, per E-Mail, nicht über interessante, fachspezifische Medienund Informationsangebote informiert und beworben werde. Diese Erklärung kann ich mit Wirkung für die Zukunft jederzeit widerrufen.

Praxis

Universelle Kommunikationsanbindung

sorgt für verbesserte Prozesse

Schwedischer Möbelfabrikant Swedwood vereinfacht Datenaustausch und Systemverwaltung

Auch in der Möbelherstellung muss eine Reihe von

Prozessparametern exakt eingehalten werden. Temperatur,

Luftfeuchtigkeit, Luftqualität und andere Umweltbedingungen

spielen eine zentrale Rolle für eine

konstante Qualität. Mit einer OPC-Lösung von Matrikon

verbesserte der schwedische Ikea-Zulieferer Swedwood

seine Prozesse und realisierte eine universelle Kommunikationsanbindung.

Als einer der führenden für Ikea tätigen Hersteller fertigt

die Firma Swedwood in ihrer Produktionsstätte im

schwedischen Älmhult pro Jahr zirka 8 Millionen Küchenfronten

– 150 000 versandfertige Fronten pro Woche.

Der Fertigungsstandort ist eine von über 40 Produktionsstätten

weltweit und beschäftigt 350 Mitarbeiter. Die

größte Herausforderung für Swedwood besteht darin,

hochwertige Möbel in konstanter Qualität und mit

höchstem Tempo zu produzieren.

UMGEBUNGSBEDINGUNGEN EXAKT GEREGELT

Zahlreiche OPC-Server und über 50 speicherprogrammierbare

Steuerungen (SPS) sorgen am Standort Älmhult

für die exakte Überwachung und Regelung von Temperatur,

Luftfeuchtigkeit, Luftqualität und anderen Umweltbedingungen.

Jede Materialcharge, die das Werk durchläuft,

muss in einer bestimmten, kontrollierten Umgebung

verarbeitet werden. Schon ein einziger Fehler, etwa bei

der Verklebung, kann Kundenreklamationen nach sich

ziehen und dazu führen, dass weltweit ganze Chargen

aus den Regalen der Ikea-Einrichtungshäuser genommen

werden müssen.

Zur Verbesserung seiner Abläufe wollte Swedwood

daher eine universelle Kommunikationsanbindung an

seine speicherprogrammierbaren Steuerungen schaffen,

dabei jedoch vermeiden, dass diese durch Abfragen

einzelner OPC-Clients überlastet würden. Gesucht

wurde eine einheitliche Plattform mit einer einzigen,

leicht bedienbaren Schnittstelle, die bei Erweiterungen

um neue SPS weniger Unterstützungsaufwand

durch externe Systemintegratoren notwendig machte.

Außerdem musste das Unternehmen sicherstellen,

dass geschäftskritische Daten für mehrere seiner Unternehmenseinheiten

problemlos verfügbar sind, und

zu diesem Zweck den Datenaustausch zwischen seiner

Microsoft-SQL-Server-Datenbank und seinen OPC-

Servern ermöglichen.

Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftqualität

und andere Umweltbedingungen

müssen bei der industriellen Möbelfertigung exakt

gesteuert werden. Durch eine OPC-Lösung schuf

Swedwood eine universelle Kommunikations -

anbindung.

Bild: Matrikon

PRAXISNAHE LÖSUNG GESUCHT

Swedwood hatte mehrere andere Lösungen zur Umsetzung

des Projekts erwogen, bevor man sich für den MatrikonOPC

Universal Connectivity Server (UCS) und den

OPC Client für ODBC (siehe Abbildung 1) entschied. Die

Lösungen von MatrikonOPC boten die von Swedwood

benötigte Funktionalität und Skalierbarkeit zusammen

mit landessprachlichem Support.

„Wir haben das Internet durchforstet, um die beste Lösung

für unsere Anforderungen zu finden. Die Matrikon-

OPC-Lösungen haben uns hier sowohl durch den Preis

und die Qualität als auch durch die gut lesbaren Anwenderdokumentationen

überzeugt”, erklärt Johan

Sturve, IT-Techniker bei Swedwood. „Außerdem war

ich nach einigen Besprechungen sicher, dass Matrikon-

OPC über gute und langjährige Erfahrungen auf diesem

Gebiet und über qualifiziertes Personal verfügt.“

NUR NOCH EINE SCHNITTSTELLE

Der MatrikonOPC UCS ist die von Swedwood gewählte

Lösung. Mit einer einzigen bedienerfreundlichen Schnittstelle

kann das Unternehmen nun seine Plug-ins für Siemens,

Mitsubishi, Omron, Modbus und andere Systeme

verwalten. Zudem kann Swedwood bei künftig wachsendem

Bedarf mit wenigen einfachen Schritten weitere Protokolle

hinzufügen.

Die wichtigsten Funktionen des Universal Connectivity

Server von MatrikonOPC sind:

Vollständige Abdeckung der klassischen

OPC-Spezifikationen

OPC-UA-Unterstützung mit integriertem

Adressraum

Integrierte Sicherheit auf Einzelbenutzerund

Einzelelement-Ebene

Integrierte Redundanz auf Geräte-Ebene

Plug-ins für OPC-Clients

Swedwood nutzt ferner den MatrikonOPC-Client for

ODBC für den Datenaustausch zwischen seinen Steuerungssystemen

und seiner Microsoft-SQL-Server-Daten-

60

atp edition

6 / 2011

Die Swedwood-Lösung:

Der Möbelhersteller verwendet

den MatrikonOPC Universal

Connectivity Server (UCS)

und den OPC Client for ODBC.

Mit einer einzigen bedienerfreundlichen

Schnittstelle

kann das Unternehmen nun

seine Plug-ins für Siemens,

Mitsubishi, Omron, Modbus

und andere Systeme verwalten

und bei Bedarf weitere

Protokolle einfach hinzufügen.

bank. Damit kann Swedwood die vom UCS zur Verfügung

gestellten SPS-Daten direkt in seiner SQL-Datenbank archivieren

und Daten aus der SQL-Datenbank in die SPS-

Geräte zurückschreiben.

Der OPC-Client for ODBC kommuniziert auf der einen

Seite über OPC mit dem UCS und sendet mithilfe des

ODBC-Protokolls SQL-Befehle an die Datenbank. In umgekehrter

Richtung kann Swedwood nun Produktionsrezepte

aus der Datenbank an die SPS-Geräte senden.

Dank dieser Lösung sind auf der Steuerungsebene Produktionsdaten

für den täglichen Betrieb verfügbar. Zugleich

können den Verantwortlichen für Geschäfts- und

Qualitätskontrollzwecke wesentliche Leistungsdaten

zur Verfügung gestellt werden.

DIE OPC-LÖSUNG WÄCHST MIT DEM BEDARF

„Der OPC-Client for ODBC verhilft uns zu reibungslosen

Abläufen und verschafft allen unseren Unternehmenseinheiten

die Informationen, die sie brauchen, um schnell

und fehlerfrei zu arbeiten”, erläutert Sturve. Die Lösungen

von MatrikonOPC werden dem aktuellen Bedarf des Unternehmens

gerecht und sind dafür ausgelegt, auch bei

künftig steigenden Anforderungen mitzuwachsen. Überzeugt

wurde Swedwood auch diese Vorteile der Lösungen

von MatrikonOPC:

Eine einzige Schnittstelle für alle OPC-Server

Reibungslose Abläufe mit verbesserter Diagnose

und Qualitätskontrolle

Deutlich reduzierte Belastung der Steuerungssysteme

des Unternehmens

Heute sind die gesamten MatrikonOPC-Lösungen am Fertigungsstandort

Älmhult des Unternehmens erfolgreich

implementiert und in Betrieb.

Autor

Jason Fletcher

ist tätig als Regional Manager

MatrikonOPC EMEA.

Matrikon Deutschland AG,

Venloer Straße 25, D-50672 Köln,

Tel. +49 (0) 221 969 77 19,

E-Mail: jason.fletcher@matrikonopc.com

atp edition

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61

Praxis

Beschichtung von Verstärkungsfasern:

Präzisionsprozess übersichtlicher gesteuert

Optimales Gleichgewicht zwischen flexibler Automatisierung und Bedienersicherheit

Präzise

Steuerung

erforderlich:

Bei rund 1300 °C

wird der extrem

dünne Wolframdraht

(glühend

in der Mitte) in

einem Vakuumrohr

mit Siliciumcarbid

beschichtet.

Bilder: Rockwell/Tisics

Die Lösung:

Der Kontrollstand

mit ControlLogix

Controllern sorgt

für die sichere

Steuerung des

Beschichtungsprozesses.

Belastbar wie temperaturfester

Stahl, aber viel leichter: Bauteile

aus Titan, dass mit Fasern aus Wolfram

und Siliciumcarbid verstärkt ist.

Tisics, britischer Hersteller von Spezialwerkstoffen,

gelang es, mit Allen-Bradley-Steuerungen ControlLogix,

RSLogix 5000 und FactoryTalk View SE, einen instabilen

Präzisionsprozess sicherer zu machen und zu

kontrollieren.

Das Unternehmen in Farnborough ist eines von nur

zwei Unternehmen weltweit, die Siliziumcarbid-Monofilamente

mit durchgehendem Kern herstellen – hauptsächlich

für den Einsatz als Verstärkungsfasern in Verbundbauteilen

aus Titan. Die Monofilamente verfügen über

Kerne aus Wolframdraht und besitzen in der Regel Durchmesser

von 0,1 oder 0,14 mm. Sie verleihen den Verbundbauteilen

die gleichen Stärken wie sie ähnlich temperaturfeste

Stahlbauteile besitzen. Allerdings wiegen sie

meist nur halb so viel, sind fester und beständiger gegen

Korrosion. Wichtige Anwendungsbereiche für diese Verbundmaterialien

sind die Luft- und Raumfahrt sowie andere

Anwendungen, in denen bei Festigkeit und Gewicht

keine Abstriche gemacht werden können. Und nicht zuletzt

tragen die sinkenden Titanpreise zur Attraktivität

der Verbundbauteile bei. So verzeichnet das Unternehmen

eine wachsende Nachfrage nach seinen Produkten – und

zwar sowohl nach Fasern als auch nach Titan-Bauteilen,

die Tisics ebenfalls herstellt. Zu den Kunden zählen ein

bekannter Hersteller von Flugzeugtriebwerken sowie ein

Unternehmen, das neuartige Solarzellen produziert.

Nach der jüngst erfolgten Verlagerung der Fertigungsstätte

in größere Räumlichkeiten in Farnborough wollte

Tisics die neuen Fertigungshallen optimal nutzen. Dies

wiederum erforderte eine Umstellung der manuellen

Rezepterstellungs- und Steuerungsprozesse auf ein Konzept,

das auf einer modernen Automatisierungslösung

von Rockwell Automation fußt. Gleichzeitig musste Tisics

den Faktor Sicherheit besonders berücksichtigen,

schließlich werden im Beschichtungsprozess für den

Wolframdraht Chemikalien verwendet.

CVD-PROZESS MUSS EXAKT ÜBERWACHT WERDEN

Den Prozess, den Tisics zur Beschichtung des Wolframdrahtes

verwendet, bezeichnet man als chemische Gas-

62

atp edition

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phasenabscheidung (Chemical Vapour Deposition, CVD).

Das CVD-Verfahren setzt nicht nur sehr hohe Temperaturen

von zirka 1300 °C sowie Hochspannung voraus, sondern

es kommt auch Dichlormethylsilan zum Einsatz.

Diese Chemikalie kann äußerst gefährlich sein, wenn sie

unkontrolliert entweicht.

Zu den augenfälligen Sicherheitsaspekten kommt hinzu,

dass der Prozess extrem empfindlich auf Parameterschwankungen

reagiert. Vor der Umstellung auf eine Automatisierungsinfrastruktur

verwendete Tisics ein dezentrales manuelles

Verfahren zur Steuerung des Beschichtungsvorgangs.

Spannung und Chemikalien wurden getrennt gesteuert;

die Verdampfer arbeiteten ohne elektronische

Regelung mit direkten Potenziometereingaben des Heizers.

FEHLER ERST AM FERTIGEN PRODUKT ERKANNT

Renny Moss, Process Development Manager bei Tisics,

erinnert sich: „Das war ein einfacher manueller Ablauf,

der aber nicht den geringsten Fehler tolerierte. Das Hauptproblem

war, dass wir eine Störung im Abscheidungsprozess

erst dann feststellen konnten, wenn die Faser herauskam

und geprüft werden konnte.“

Noch schwieriger wird die Aufgabe dadurch, dass für

viele Anwendungen ganz spezifische Fasertypen gefertigt

werden müssen. Die Problematik besteht dann darin,

dass mehr Variablen den Prozess immer komplexer machen.

Zu Zeiten des manuellen Prozesses war außerdem

das Entwickeln und Ausprobieren neuer Rezepturen

extrem zeitaufwendig – nicht selten musste Tisics dafür

Jahre einkalkulieren. Denn der Prozess ist sehr sensibel

und die Parameter wie Temperatur, Geschwindigkeit

müssen exakt gesteuert werden.

Tisics entschied sich für einen Scada-Prozess auf Basis

der Integrated Architecture von Rockwell Automation.

Zum Einsatz kommt eine Allen-Bradley ControlLogix

PAC mit RSLogix 5000-Programmiersoftware und FactoryTalk

View SE zur Visualisierung. Für die Überwachung

und Steuerung reicht die ControlLogix PAC sämtliche

Prozessdaten an einen FactoryTalk View SE Server

weiter, der dem Bedienpersonal alle Parameter, die für

diesen Präzisionsprozess relevant sind, übersichtlich in

grafischer Form auf dem Bildschirm präsentiert. Hierfür

kommt eine HMI-Lösung zum Einsatz, die ein Systemintegrator

von Rockwell Automation entwickelt hat.

ALLE INFORMATIONEN AUF EINE BLICK

Renny Moss erläutert: „Die Hardware von Rockwell Automation

bringt alle für uns wichtigen Informationen auf

einen Bildschirm. Das System kennt und meldet die Zustände,

hält alle Prozessvariablen im zulässigen Bereich

und bietet uns ein erheblich höheres Maß an Sicherheit.

Eine zusätzliche äußerst nützliche Facette der Installation

ist ihre Erweiterungsfähigkeit, schließlich wollen wir

die Produktionskapazität in Zukunft weiter aufstocken.

Mit dem nun installierten ControlLogix-Steuerungs-Setup

haben wir die Gewissheit, dass wir einfach weitere

Produktionslinien hinzufügen können, ohne dass größere

Umprogrammierungen nötig sind.

„Der Großteil unserer Herausforderungen im Bereich

Sicherheit hat mit Gas zu tun“, erläutert der Process Development

Manager. Die ControlLogix PAC übernimmt

deshalb das Nachfüllen und Durchleiten der Reagenzien.

Indem sie Masse und Druck misst, erfasst sie die Materialmenge,

die das System durchläuft, verhindert ein

Überlaufen des Rührwerks und kontrolliert die Durchführung

aller Reinigungsarbeiten. Den Bedienern werden

dabei klar und knapp gefasste, schlüssige Anweisungen

gegeben. „War der Materialtransport bei uns einst

eine wichtige tagtägliche Aufgabe, können wir die Werkstoffe

nun in der Gewissheit in den Prozess geben, dass

unsere Sicherheits- und Steuerungstechnik sie unter

Kontrolle hat – einfach weil wir uns auf die präzise Überwachung

verlassen können. Wir waren nie darauf aus,

das Qualifikationsniveau unseres Personals zu senken,

sondern wollten dem Bedienpersonal vielmehr jegliche

Sicherheitsbedenken nehmen“, betont Moss.

NEUE REZEPTUREN SCHNELLER ENTWICKELT

Abgesehen von Vorteilen bei Sicherheit und Funktionalität

kann Tisics neue Rezepturen jetzt mit einem Bruchteil des

früheren Zeitaufwands entwickeln. Der Tisics-Manager

blickt zurück: „Was früher Jahre erforderte, ist jetzt in ein

paar Monaten geschafft. Dank der leistungsfähigen PAC ist

außerdem die Zahl der Variablen kein Thema mehr für uns.

Ich gebe ehrlich zu, dass ich nicht weiß, wie das Factory-

Talk View SE Scada-System und die PAC genau funktionieren.

Mir reicht die Gewissheit, dass alles unter Kontrolle

ist und dass die Bediener alles leichter ablesen können.

Das Fazit von Moss: „Kurzfristig haben uns die Produkte

von Rockwell Automation eine deutlich bessere Kontrolle

über unsere Prozesse gebracht, während wir mittelfristig

von ihrer Erweiterbarkeit profitieren. Ganz abgesehen

davon nimmt sich die Lösung all der sicherheitskritischen

Aspekte an, die uns früher Sorgen bereitet haben.“

Autor

Rockwell Automation,

Düsselberger Str. 15,

42781 Haan-Gruiten,

Tel. +49 (0) 2104 96 01 82,

E-Mail: nnohr@ra.rockwell.com

Norbert Nohr

ist Sales Manager Process

Automation bei Rockwell

Automation.

atp edition

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63

praxis

Einfach wie ein Relais, aber genauso

flexibel wie eine sichere SPS

Konfigurierbare Sicherheitsschaltgeräte sind trotz reduzierter Komplexität programmierbar

Bild 1: Mit dem Sicherheitsmodul PSR-Trisafe

modular und der Software Safeconf lassen sich

die Anforderungen an die Sicherheitstechnik

schnell und wirtschaftlich umsetzen.

Bild 2: Die Überwachung der Schutzeinrichtung

gestaltet sich aufgrund verschiedener Diagnosemöglichkeiten

sowie der Integration von PSR-

Trisafe modular in Profibus-Netzwerke einfach.

Bilder: Phoenix Contact

Sichere Steuerungen bieten hohe Flexibilität, sind aber

in vielen Fällen zu komplex und für den Anwender

unnötig schwierig. Auf der anderen Seite sind Sicherheitsrelais

zwar sehr einfach zu nutzen, bieten aber oft

nicht die erforderliche Flexibilität. Für diese Fälle bieten

sich konfigurierbare Sicherheitsschaltgeräte an, die

ebenso einfach zu handhaben sind wie ein Relais, aber

genauso flexibel wie eine sichere SPS.

Die Maschinen- und Anlagenbauer können die Sicherheitsschaltgeräte,

die sie benötigen, um gestiegene Sicherheitsanforderungen

zu erfüllen, aus einem umfangreichen

Portfolio auswählen. Dabei sind sämtliche zertifizierte

Schaltgeräte grundsätzlich für eine sichere Auswertung

nutzbar. Sie lassen sich grob in die Klassen einfache

Sicherheitsrelais, konfigurierbare Sicherheitsmodule und

sichere Steuerungen einteilen. Die Wahl der geeigneten

Klasse ergibt sich zum einen aus den Anforderungen der

Sicherheitskreise und zum anderen aus den Wünschen

des Konstrukteurs. Sicherheitsrelais stellen sich immer

dann als beste Lösung dar, wenn in der Maschine oder

Anlagen nur wenige Sensoren ausgewertet werden müssen

und die Abhängigkeiten der verschiedenen Sicherheitskreise

überschaubar sind. Der Funktionsumfang der

einzelnen Sicherheitsrelais ist vom Hersteller vorgegeben

und kann nicht durch den Anwender angepasst werden.

Die am anderen Ende der Skala angesiedelten komplexen

Anwendungen erfordern häufig eine sichere

Steuerung. Aufgrund der Flexibilität der Hardware-

Konfiguration und der Programmierbarkeit wird die

sichere SPS auch hohen Ansprüchen in Bezug auf die

I/O-Zahl und Sicherheitslogik gerecht. Diese Möglich-

keiten erweisen sich jedoch für die meisten Applikationen

als zu komplex und erzeugen daher unnötige

Schwierigkeiten für den Anwender. Deshalb halten

viele Maschinen- und Anlagenbauer an Sicherheitsrelais

fest und möchten sich nicht mit Software-basierten

Sicherheitsschaltgeräten beschäftigen.

EINFACHE ZUSAMMENSTELLUNG AM PC

Eine große Zahl der weltweit verwendeten Maschinen

und Anlagen lässt sich hinsichtlich der Menge an Einund

Ausgängen sowie der Anforderungen an die Sicherheitslogik

zwischen dem klassischen Sicherheitsrelais

und einer sicheren Steuerung einordnen. In diesem Fall

bieten sich konfigurierbare Sicherheitsschaltgeräte an.

Entsprechende Module wie PSR-Trisafe modular sind

ebenso einfach zu handhaben wie ein Relais, aber genauso

flexibel wie eine sichere SPS. Bei der Entwicklung von

PSR-Trisafe und der Konfigurations-Software hat sich

Phoenix Contact an den Gewohnheiten der Anwender von

Sicherheitsrelais orientiert. So können die Sicherheitsfunktionen

einfach am PC zusammengestellt werden, wie

es der Nutzer vom Sicherheitsrelais kennt.

Aus Kostensicht wurde auf eine schnelle Amortisation

Wert gelegt. Die Erfahrung zeigt hier, dass sich der Einsatz

des konfigurierbaren Sicherheitsmoduls PSR-Trisafe

modular bereits ab einer Anzahl von drei bis vier

klassischen Sicherheitsrelais zur Auswertung der

Schutzeinrichtungen rechnet. Folgekosten fallen nicht

an, denn es gibt lediglich eine Bestellnummer für die

gesamte benötigte Hardware. Die Konfigurations-Software

ist kostenfrei als Vollversion erhältlich.

64

atp edition

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Bedarfsgerechte Erweiterung

des Master-Moduls

PSR-Trisafe modular erlaubt die einfache und flexible

Kontrolle der sicherheitsgerichteten Funktionen. Mit dem

Sicherheitssystem lassen sich unterschiedliche Schutzeinrichtungen

auswerten. Ein Modul überwacht beispielsweise

den kompletten Sicherheitskreis von der Not-

Halt- über die Schutztürauswertung bis zum Muting-

Vorgang. Dazu stellt das erweiterbare Basismodul auf

einer Baubreite von nur 67,5 mm 20 sichere Eingangssignale

zur Analyse der sicheren Sensoren zur Verfügung.

Darüber hinaus sind vier sicherheitsgerichtete Ausgänge

bis Kat. 4 sowie Takt-, Melde- und Masseschaltausgänge

in das Master-Modul PSR-Trisafe-M integriert, das als

Einzelmodul nutzbar ist.

Sollte die vom Master-Modul vorgehaltene I/O-Zahl

nicht ausreichen oder im Lebenszyklus der Applikation

Ergänzungen notwendig sein, lässt sich das Trisafe-

System um bis zu zehn sichere Erweiterungsmodule

ausbauen. Diese werden einfach über den Tragschienen-Konnektor

TBus mit dem Master-Modul verbunden.

Dabei erfüllt PSR-Trisafe modular die höchsten

Sicherheitsanforderungen wie PL e oder SIL 3. Aufgrund

der internationalen Zertifizierungen können die

konfigurierbaren Sicherheitsschaltgeräte weltweit verwendet

werden.

INTUITIVE KONFIGURATION

Das intuitive Bedienkonzept von PSR-Trisafe modular

endet nicht mit der Hardware, sondern setzt sich bei der

Software Safeconf fort, mit der das Sicherheitsschaltgerät

konfiguriert wird. Das einfach einsetzbare Tool stellt alle

erforderlichen Funktionen direkt auf seiner Oberfläche

bereit. Hier kann der Anwender die gesamte Sicherheitslogik

per Drag & Drop aufbauen, ohne zwischen verschiedenen

Fenstern wechseln zu müssen. Safeconf gliedert

sich in eine Toolbox inklusive vom TÜV zertifizierter

Funktionsbausteine, den Hardware-Editor mit Ein- und

Ausgängen, der auch als interaktive Statusanzeige der

Hardware fungiert, sowie den Verdrahtungsbereich, in

dem die Sicherheitslogik aufgebaut wird. Der Anwender

wählt aus der Vielzahl sicherer Funktionen zunächst die

notwendigen Bausteine in der Toolbox aus und zieht sie

dann mit der Maus in den Verdrahtungsbereich. Dort

müssen die Funktionen lediglich mit den gewünschten

Ein- und Ausgängen verknüpft werden, die ebenfalls per

Drag & Drop in den Verdrahtungsbereich gezogen und mit

der Maus virtuell verdrahtet werden. Abschließend lädt

der Anwender die geprüfte Sicherheitslogik über ein

Standard-USB-Kabel in das Sicherheitsmodul herunter.

Da die Konfigurations-Software Safeconf intuitiv bedienbar

ist, benötigt der Nutzer keine Programmierkenntnisse,

um PSR-Trisafe modular an die jeweiligen

Anforderungen anzupassen. Sollten Fragen zu den Software-Funktionen

auftreten, bietet das Tool eine umfangreiche

Hilfefunktion, welche die Wünsche der Anwender

gezielt umsetzt. Neben den üblichen Beschreibungen

der Software-Funktionen umfasst die Hilfe zahlreiche

Applikationsbeispiele, die sich auf die entsprechende

Problemstellung sowohl hinsichtlich der Realisierung

in der Software als auch der Beschreibung der Verdrahtung

anwenden lassen.

KÜRZERE DURCHLAUFZEITEN DURCH SIMULATION

Das einfache Anschließen und flexible Erweitern der

Hardware sowie die intuitive Konfiguration der Sicherheitslogik

sind die wesentlichen Faktoren, die zur optimalen

Umsetzung eines Safety-Projekts beitragen. Als

Ergänzung der Grundfunktionen stellt Safeconf eine Simulation

sowie einen besonderen Modus zur Verfügung,

die die Inbetriebnahme der Maschinen oder Anlagen

erleichtern. Die Simulation erlaubt beispielsweise einen

vollständigen Funktionstest der aufgebauten Sicherheitslogik

ohne Hardware. Auf diese Weise können Logikfehler

bereits in der Planungsphase ausgeschlossen und Projektdurchlaufzeiten

verkürzt werden. Spätere Erweiterungen

lassen sich am PC nachstellen, ohne dass die Maschine

hierzu erforderlich ist. Bei konfigurierbaren Systemen

kommt der Security, also dem Schutz vor unbefugten

Zugriffen, neben der funktionalen Sicherheit eine große

Bedeutung zu. Deshalb arbeitet Safeconf mit verschiedenen

Passwort-Abfragen sowie Prüfsummen, die Manipulationsversuche

von vornherein verhindern.

DIAGNOSE REDUZIERT STILLSTANDSZEITEN

Online-Werte, zahlreiche Status-LEDs und zusätzliche

Meldeausgänge in der Hardware unterstützen den Anwender

bei der Diagnose. Die Meldeausgänge können

beispielsweise als Ausgang für I/O-Statusmeldungen mit

einer Steuerung verschaltet werden. PSR-Trisafe modular

lässt sich auch direkt in das Netzwerk integrieren. Dazu

wird ein Profibus-Gateway vor das Sicherheitsmodul auf

die Tragschiene aufgerastet und über den Tragschienen-

Konnektor TBus verbunden. So kann der Status aller

I/Os an die SPS gesendet werden.

Autor

Tjark Höltkemeier ist

Mitarbeiter im Produktmarketing

Interface Safety

der Phoenix Contact Electronics

GmbH, Bad Pyrmont.

Phoenix Contact Electronics GmbH,

D-31812 Bad Pyrmont,

Tel. +49 (0) 5281 94 60,

E-Mail: thoeltkemeier@phoenixcontact.com

atp edition

6 / 2011

65

impressum / Vorschau

Impressum

Vorschau

Verlag:

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Rosenheimer Straße 145

D-81671 München

Telefon + 49 (0) 89 4 50 51-0

Telefax + 49 (0) 89 4 50 51-3 23

www.oldenbourg-industrieverlag.de

Geschäftsführer:

Carsten Augsburger

Jürgen Franke

Hans-Joachim Jauch

Publisher:

Wolfgang Mönning

Herausgeber:

Dr. V. Huck

Dr. G. Kegel

Dipl.-Ing. H. Kumpfmüller

Dr. N. Kuschnerus

Beirat:

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Prof. Dr.-Ing. Ch. Diedrich

Prof. Dr.-Ing. U. Epple

Prof. Dr.-Ing. A. Fay

Prof. Dr.-Ing. M. Felleisen

Prof. Dr.-Ing. G. Frey

Prof. Dr.-Ing. P. Göhner

Dipl.-Ing. Th. Grein

Prof. Dr.-Ing. H. Haehnel

Dr.-Ing. J. Kiesbauer

Dipl.-Ing. R. Marten

Dipl.-Ing. G. Mayr

Dr. J. Nothdurft

Dr.-Ing. J. Papenfort

Dr. A. Wernsdörfer

Dipl.-Ing. D. Westerkamp

Dr. Ch. Zeidler

Organschaft:

Organ der GMA

(VDI/VDE-Gesell schaft Messund

Automatisierungs technik)

und der NAMUR

(Interessen gemeinschaft

Automatisierungs technik der

Prozessindustrie).

Redaktion:

Gerd Scholz (verantwortlich)

Telefon + 49 (0) 89 4 50 51-3 44

Telefax + 49 (0) 89 4 50 51-3 23

E-Mail: scholz@oiv.de

Anne Hütter

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Einreichung von Hauptbeiträgen:

Prof. Dr.-Ing. Leon Urbas

(Chefredakteur, verantwortlich

für die Hauptbeiträge)

Technische Universität Dresden

Fakultät Elektrotechnik

und Informationstechnik

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D-01062 Dresden

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„atp edition – Automatisierungstechnische

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für alle übrigen Länder sind es

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Ermäßigung auf den Heftbezugspreis.

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Die atp wurde 1959 als „Regelungstechnische

Praxis – rtp“ gegründet.

© 2011 Oldenbourg Industrieverlag

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ISSN 2190-4111

Die Ausgabe 7–8 / 2011 der

erscheint am 28.7.2011

Mit folgenden Beiträgen:

Synergien zwischen

Automatisierungstechnik

und Medizintechnik

Integriertes Engineering durch

standardisierte Beschreibung

mechatronischer Objekte

Gewährleistung von Humansicherheit

durch optische

Arbeitsraumüberwachung

Modellunterstützung bei

der Modernisierung von

Automatisierungssystemen

...und vielen weiteren Themen.

Aus aktuellem Anlass können sich die Themen

kurzfristig verändern.

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66

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