atp edition Engineering mit Web Services (Vorschau)

4 / 2011

53. Jahrgang B3654

Oldenbourg Industrieverlag

Automatisierungstechnische Praxis

Predictive Functional Control:

Algorithmus und Testbetrieb | 22

Engineering mit Web Services | 34

Plug-and-Play-Visualisierung

für flexible Automation | 42

Lateralverhalten elastischer

Bahnen vereinfacht modelliert | 50

editorial

Operational Excellence

beginnt in der Beschaffung

Operational Excellence im fortgeschrittenen Lifecycle verfahrenstechnischer

Anlagen ist bereits vielfach und fundiert diskutiert worden

– Ergebnisse von organisatorischen Konzepten über die Optimierung von

Betriebspunkten bis hin zu Energieeinsparungen liegen vor.

Aber wie steht es um Operational Excellence in der Beschaffungsphase?

Bereits dort werden Festlegungen getroffen, die die Performance der

Anlagen über deren gesamten Lifecycle massiv beeinflussen. Meist bestimmen

technische und kommerzielle Einzelbetrachtungen von Komponenten

die Entscheidungen bei der Beschaffung von Automatisierungslösungen.

Dabei dominieren Aspekte des CAPEX (Capital Expenditure

= Investitionsausgabe), wie der niedrigste Preis und technische Einzeleigenschaften.

Die Betriebskosten (OPEX = Operational Expenditure) im

Lifecycle spielen hierbei leider nur eine recht untergeordnete Rolle.

Ein derart fraktionierter Beschaffungsprozess gefährdet eine integrierte

Automatisierungslösung von der Feldebene bis zum ERP und erzeugt

unnötige Komplexität mit nachträglichem, hohem Pflegeaufwand. Optimales

funktionales Zusammenspiel (Interoperabilität) und niedrige Betriebskosten

rücken damit in weite Ferne. Das zeigt: Eine allein von den

Investitionskosten bestimmte Entscheidung kann gesamtunternehmerisch

im Sinne der Operational Excellence kontraproduktiv sein.

Nur mit einer unternehmerisch ganzheitlichen Betrachtung beider

Phasen, Investition und Betrieb, CAPEX und OPEX, sind in unserer anspruchsvollen

ökonomischen Landschaft die nötige Kostenführerschaft

und Produktivitätssteigerung erreichbar. Dazu ist ein Kulturwandel hin

zu einer Kollaboration über alle Unternehmensbereiche nötig – hier konkret

von Planung, Beschaffung, Implementierung und Betrieb. Die Basis

für diese sinnvolle Zusammenarbeit ist innerhalb der Unternehmensstruktur

mit klar definierten und transparent kommunizierten bereichsübergreifenden

Top Level KPI’s zu legen.

Bei Neuanlagen lassen sich Verbesserungen in diesem Sinn noch recht

einfach erreichen. Das eigentliche Potenzial und die großen Herausforderungen

liegen bei vorhandenen „Patchwork“-Instrumentierungs- und

Systemlandschaften mit hoher Schnittstellenvielfalt sowie bei den unaufhaltsam

in die Jahre kommenden Altsystemen, deren Hersteller von

der Bildfläche verschwunden sind oder für die kaum überzeugende Migrationskonzepte

angeboten werden.

Besonders große Optimierungsmöglichkeiten bieten Betriebszusammenlegungen.

Denn mit Übertragung von wertvollem Betriebswissen

von Altanlage auf Neuanlage, mit neuen, einfachen und zielorientierten

Arbeitsabläufen zwischen Mensch und Prozess handelt es sich dabei um

weit mehr als nur technische „Messwartenzusammenlegungen“.

Mit meinem Appell möchte ich alle an CAPEX- und OPEX-Themen

beteiligten Entscheidungsträger ermutigen, effiziente Beschaffung und

effektiven Betrieb zum Erreichen ihrer wirklich wichtigen Unternehmensziele

in Einklang zu bringen.

Wir als Lieferanten sehen unsere Aufgabe darin, dies mit entsprechend

ganzheitlichen Konzepten und Lösungen mit nachhaltigem Kundennutzen

zu unterstützen.

Rolf Marten,

Geschäftsführer,

Yokogawa Deutschland GmbH

atp edition

4 / 2011

3

INHALT 4 / 2011

FORSCHUNG

6 | Schüler entwickeln Interface zur Steuerung

von mehrdimensionalen Systemen

IT-Sicherheit: „Auch Bedrohungen von innen

müssen abgewehrt werden“

7 | Fraunhofer-Verbund präsentiert ressourcensparende

Technologien für die Automobilindustrie

VERBAND

8 | Mittelbach übernimmt den Vorsitz im

internationalen Orgalime-Verband

AMA-Gründungsmitglied und atp-Autor

Theo W. Kessler im Alter von 81 Jahren verstorben

16 500 deutsche IT-Stellen bleiben 2011 unbesetzt

BRANCHE

10 | Rohstoffkosten treiben die Preise für

elektromechanische Bauelemente in die Höhe

Interoperables Fieldbus Gateway bindet E/As über ein

Standard-Highspeed-Netzwerk ein

11 | Profidrive effizient implementieren

Call for Papers zumSPS/IPC/Drives-Kongress

12 | Mit Leitungsfehlertransparenz lückenlos in der

Prozesstechnik überwachen

14 | Namur-Empfehlung 100 sorgt für erhebliche Vereinfachung

beim Detail-Engineering

16 | Berechnete Sicherheit für analoge Signalkreise in der Prozesstechnik

4

atp edition

4 / 2011

Verlässliche

signale

HAUPTBEITRÄGE

22 | Predictive Functional Control:

Algorithmus und Testbetrieb

R. HABER, M. KREUTZ, K. ZABET

34 | Engineering mit Web Services

M. HARNISCHFEGER, P. FISCHER, R. NEUBERT, J. KNIERRIEM

hannover Messe

halle 9 · stand F28

42 | Plug-and-Play-Visualisierung

für flexible Automation

C. BRECHER, D. KOLSTER, W. HERFS, S. JENSEN, M. PLEßOW

50 | Lateralverhalten elastischer

Bahnen vereinfacht modelliert

G. BRANDENBURG

PRAXIS

64 | Automatisierte Messdatenauswertung

beschleunigt Entwicklungsprojekte

RUBRIKEN

3 | Editorial

66 | Impressum, Vorschau

Können sie ihren signalen

vertrauen?

Die neuen Signaltrenner des

K-Systems von Pepperl+Fuchs zeichnen

sich nicht nur durch einfache

Handhabung und Übersichtlichkeit

aus. Vom Schaltverstärker bis zum

hochfunktionalen Messumformer

bieten sie auch galvanische Signaltrennung

für absolute Präzision und

Sicherheit.

Wenn es um die Übertragung von

Prozesssignalen geht, können Sie

sich voll und ganz auf uns verlassen

– von der projektorientierten Beratung

über die bedarfsspezifische

Planung bis hin zur wirtschaftlichen

Umsetzung. Wenn das keine eindeutigen

Signale sind...

Erfahren Sie mehr unter:

www.pepperl-fuchs.de/signaltrenner

Pepperl+Fuchs Vertrieb Deutschland GmbH

Lilienthalstraße 200

68307 Mannheim

Telefon: +49 621 776-2222

Fax: +49 621 776-2722 22

E-Mail: pa-info@de.pepperl-fuchs.com

www.pepperl-fuchs.de

forschung

Schüler entwickeln Interface zur Steuerung

von mehrdimensionalen Systemen

sInd In der It-Branche heIss Begehrt:

Die Nachwuchsforscher Ole Stecker-Schürmann (von links nach rechts)

18 Jahre, Tobias Markus, 19 Jahre, und Phil Stelzer, 19 Jahre, erfanden

ein Eingabegerät für mehrdimensionale Sterungen

le Stecker-Schürmann (19), Phil Stelzer (19) und Tobias

Markus (20) haben ein Eingabegerät für Compu-

O

ter entwickelt, mit dem die Steuerung von drei- und

mehrdimensionalen Systemen möglich ist. Am Stand

des Bundesministeriums für Bildung und Forschung

(BMBF) auf der Cebit präsentierten die nordrhein-westfälischen

Jugend-forscht-Sieger ihr IT-Projekt „C-A-T

Steuerinterface“.

Eine herkömmliche Computermaus ist, eignet sich

nicht für die Steuerung von drei- und mehrdimensionalen

Systemen. Mit der Anwendung der drei Jungforscher

dagegen lassen sich auch räumliche Eingaben erfassen

und weiterleiten. Die notwendigen Sensoren für Lage

und Beschleunigung trägt der Nutzer an drei Fingern.

Diese senden ihre Informationen an den Empfänger im

PC. So ist es möglich, komplexe Objekte intuitiv im dreidimensionalen

Raum zu steuern oder dort einen Mauszeiger

zu bewegen.

Zum Zeitpunkt ihres Jugend-forscht-Erfolges waren die

drei Nachwuchstüftler Schüler des Beruflichen Gymnasiums

am Berufskolleg der Stadt Rheine. Derzeit absolviert

Ole Stecker-Schürmann ein duales Studium für Engineering

technischer Systeme an der Berufsakademie Emsland

in Lingen. Phil Stelzer studiert Informatik an der Universität

Kiel und Tobias Markus absolviert ein duales Studium

für Elektrotechnik an der DHBW in Karlsruhe.

„Jugend forscht leistet auch im Bereich IT einen wichtigen

Beitrag, die High Potentials zu finden, die Wirtschaft

und Wissenschaft angesichts des zunehmenden

Fachkräftemangels so dringend benötigen. Auch bei den

derzeit laufenden Wettbewerben der 46. Runde von Jugend

forscht gibt es vielversprechende Talente, die Projekte

im Themenfeld Computer und Informationstechnologie

präsentieren“, so Dr. Nico P. Kock, stellvertretender

Geschäftsführer der Stiftung Jugend forscht e. V.

stIftung Jugend forscht e. V.,

Baumwall 5, D-20459 Hamburg,

Tel. +49 (0) 40 374 70 90, Internet: www.jugend-forscht.de

6

IT-Sicherheit: „Auch Bedrohungen von innen

müssen abgewehrt werden“

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) hat „Kastel“

gegründet, ein Kompetenzzentrum für Angewandte

Sicherheitstechnologie. Dieses Zentrum bündelt verschiedene

Teildisziplinen der IT-Sicherheit. Im Kern geht es

bei Kastel um die Fragen: Was ist Sicherheit? Welche

Anforderungen an die Sicherheit und den Datenschutz

stellen Anwendungsfelder wie Intelligente Stromversorgung

(Smart Grids), Cloud Computing und IT-gestützte

Maßnahmen im Bereich der öffentlichen Sicherheit?

Das Arbeitsgebiet der Forscher umfasst rechtliche, gesellschaftliche

und technische Fragen. So muss beispielsweise

bei der Überwachung öffentlicher Räume gleichzeitig

der Datenschutz berücksichtigt werden. „Zusätzlich

zum klassischen Schutz der Peripherie müssen auch Bedrohungen

von innen abgewehrt werden. Es genügt nicht,

die Sicherheit von Teilsystemen zu betrachten“, betont

Professor Jörn Müller-Quade, Leiter des Instituts für Kryptographie

und Sicherheit am KIT und einer der Initiatoren.

„Ziel ist die Entwicklung ganzheitlich sicherer Systeme,

zunächst in Form von Prototypen“, so Müller-Quade. Das

Institut hat eine dynamisch angelegte Struktur, um auf

aktuelle Anforderungen in Fragen der IT-Sicherheit

atp edition

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schnell reagieren zu können. Der Umfang reicht von der

Grundlagenforschung bis hin zur Funktion eines „Helpdesks“

für die Industrie. Neben der Forschung sieht das

Institut ein Qualifikationskonzept vor, das Studium, Promotion

und Weiterbildung umfasst.

Kastel in Karlsruhe gehört zu den drei vom Bundesministerium

für Bildung und Forschung (BMBF) ausgewählten

Kompetenzzentren, die sich mit zukünftigen Herausforderungen

wie Cloud Computing, Intelligente Infrastrukturen,

und öffentliche Sicherheit befassen. Die beiden

weiteren geförderten Kompetenzzentren sind in Darmstadt

und Saarbrücken angesiedelt. Das BMBF fördert die strategisch

und langfristig ausgerichteten Institute mit insgesamt

17 Millionen Euro für vier Jahre mit dem Ziel, die

Expertise deutscher Forschung und Industrie in Fragen

der Cybersicherheit zu stärken.

Karlsruher InstItut für technologIe,

Hermann-von-Helmholtz-Platz 1,

D-76344 Eggenstein-Leopoldshafen,

Tel. +49 (0) 721 60 80,

Internet: www.kit.edu

Fraunhofer-Verbund präsentiert ressourcensparende

Technologien für die Automobilindustrie

Die Fraunhofer-Allianz Automobilproduktion hat sich

zum Ziel gesetzt, Innovationen für die Fahrzeugherstellung

zu präsentieren. Der Mitte 2010 gebildete Verbund

von 17 Fraunhofer-Instituten setzt den Schwerpunkt

dabei auf generelle Materialreduzierung, die

Nutzung recyclebarer und langfristig verfügbarer Werkstoffe

sowie auf Entwicklung ressourcensparender Technologien

und Anlagentechnik.

Die Allianz stellt sich erstmals auf der Zuliefermesse Z

in Leipzig auf einem Gemeinschaftsstand dem Fachpublikum

vor. Ihr gehört das Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb

und -automatisierung IFF an. Dessen Präsentation

konzentriert sich auf Technologien für energie- und ressourceneffiziente

Produktion. Es demonstriert moderne

optische 3-D-Messsysteme zur prozessintegrierten Qualitätsprüfung

von Fahrzeugfelgen. Darüber hinaus stellt das

IFF eine Anlage zur ressourceneffizienten Reststoffverwertung

in der Produktion sowie Lösungen für das instandhaltungsorientierte

Condition Monitoring von Produktionsrobotern

vor. Über integrierte Sensoren analysieren

die Roboter ihren Eigenzustand und stoßen im Reparaturfall

selbstständig anstehende Prozessschritte, wie

etwa die Ersatzteilbeschaffung, an. Die Allianz Automobilproduktion

präsentiert sich in Leipzig als Forschungspartner

für die deutsche Automobilindustrie entlang der

gesamten Prozesskette der Fahrzeugfertigung. Schwerpunkte

setzt sie in den Themenfeldern Karosserie, Powertrain,

Interieur, Fahrzeugmontage, Methodenkompetenz

und Produktionsforschung für die Elektromobilität.

fraunhofer-InstItut für faBrIKBetrIeB

und -automatIsIerung Iff,

Sandtorstr. 22, D-39106 Magdeburg,

Tel. +49 (0) 391 409 00, Internet: www.iff.fraunhofer.de

das system zur

automatIsIerten

3-d-geometrIe-

Vermessung

von Pkw-Felgen

wurde am Fraun hofer

IFF entwickelt und

ermöglicht eine fehlerfreie

Qualitätsprüfung

noch im Produktionsprozess.

Bild: Fraunhofer IFF

System 800xA Extended

Automation. Mehrwert

durch Integration.

System 800xA von ABB optimiert Anlagenprozesse durch eine kontextbezogene

Zusammenarbeit aller beteiligten Personen und Systemkomponenten. Alle Systeme,

Applikationen und Geräte sind in eine leistungsstarke Informationsarchitektur integriert.

Damit sind Informationen sofort im System abrufbar und stehen dem Anlagenpersonal

und Management zur optimalen Nutzung jederzeit zur Verfügung. Das ist „Mehrwert

durch Integration“. www.abb.de/controlsystems

HANNOVER MESSE

04.- 08. April 2011

Halle 11, Stand A35

ABB Automation GmbH

Email: marketing.controlproducts@de.abb.com

atp edition

4 / 2011

7

Verband

Mittelbach übernimmt den Vorsitz im

internationalen Orgalime-Verband

Dr. Klaus Mittelbach, Vorsitzender der Geschäftsführung

des ZVEI, ist zum neuen Vorsitzenden von Orgalime

gewählt worden. Für zwei Jahre steht er nun als

„Chairman“ der Mitgliederversammlung und dem Vor-

Eine besorgniserregende Entwicklung für den

IT-Standort Deutschland sieht der Leiter für Technik

und Wissenschaft im VDI, Dieter Westerkamp,

darin, dass schon jetzt rund 16 500 Stellen für IT-

Fachleute nicht mit den nötigen Fachkräften besetzt

werden können.

Nach Angaben des VDI gab es im Januar 2011 rund

23 000 Vakanzen in der Branche. Derzeit ohne Arbeit

sind dagegen nur 7000 Informatiker. Die Arbeitslostand

des europäischen Verbandes vor. Zu seinem Stellvertreter

wurde Guido Biessen vom niederländischen

Mitgliedsverband FME-CWM gewählt. Gemeinsam mit

Präsident Richard Dick werden sie die Interessen der

europäischen Elektroindustrie, des Maschinenbaus und

der Metallverarbeitenden Industrie vertreten.

Orgalime organisiert 33 Mitgliedsverbände aus 22 europäischen

Staaten aus den Bereichen Elektrik und Elektronik,

Maschinenbau und Metallverarbeitende Industrie

mit dem Ziel, einen engeren Kontakt mit der Europäischen

Union aufzubauen. Orgalime repräsentiert damit

130 000 Unternehmen mit 10,6 Millionen Beschäftigten.

Die Orgalime-Industrien haben einen Anteil von 33 Prozent

an allen EU-Exporten und stehen für 28 Prozent der

Industrieproduktion in der europäischen Union.

dr. klaus MIttElbach, Vorsitzender der ZVEI-

Geschäftsführung, ist zum neuen Vorsitzenden von

Orgalime gewählt worden. Bild: ZVEI

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

AMA-Gründungsmitglied und atp-Autor

Theo W. Kessler im Alter von 81 Jahren verstorben

Theo W. Kessler zählte zu den Gründungsmitgliedern

des AMA-Fachverbands für Sensorik. Er hatte seit der

Konzeptionsphase im Jahr 1980 aktiv und kontinuierlich

die Ziele und die Arbeit des Verbandes unterstützt. Außerdem

hatte er erfolgreich das Unternehmen TWK Elektronik

GmbH aufgebaut und geführt.

„Herr Kessler war ein aktiver und sympathischer Gesprächspartner

und bereicherte unser Verbandsleben. Er

hinterlässt in unseren Reihen eine schmerzliche Lücke,“

so der AMA-Verband in dem Nachruf auf das langjährige

Mitglied. Theo W. Kessler war dem AMA-Fachverband für

Sensorik bis zuletzt als Mitglied im Ältestenrat verbunden.

In der atp edition (5/2010, S. 32-36) hatte Theo W. Kessler

gemeinsam mit Ulf Stark im Mai vergangenen Jahres noch

den Hauptbeitrag „Entwicklung fehlersicherer Winkelcodierer

veröffentlicht“. Kessler starb am 11. Februar im Alter

von 81 Jahren.

aMa-FachVErband Für sEnsorIk E.V.,

Sophie-Charlotten-Str. 15, D-14059 Berlin,

Tel. +49 (0) 30 221 90 36 20,

Internet: www.ama-sensorik.de

thEo W. kEsslEr,

Gründer der TWK Elektronik

GmbH, unterstützte engagiert

den AMA-Fachverband für

Sensorik. Bild: AMA

16 500 deutsche IT-Stellen bleiben 2011 unbesetzt

sigkeit ist erneut gesunken. Derzeit liegt sie bei etwa

3,8 Prozent. Rund 184 000 sozialversicherungspflichtige

Informatiker waren 2010 in Deutschland beschäftigt.

Die Zahl ist seit 2009 leicht um 2800 Personen

gestiegen.

VErEIn dEutschEr IngEnIEurE E.V. (VdI),

VDI-Platz 1, D-40468 Düsseldorf,

Tel. +49 (0) 211 621 40, Internet: www.vdi.de

8

atp edition

4 / 2011

SPS | iQ Platform | MMI | Frequenzumrichter | Servo / Motion | Roboter | Schütze/Schalter

kaiserberg.com

Erst die Arbeit.

Dann das Vergnügen.

Gutes günstig genießen: Das ist auf Dauer nur möglich, wenn Lebensmittel

auch kostenbewusst hergestellt, etikettiert und verpackt werden. Und das

mit Steuerungs- und Systemlösungen, die einiges auf dem Kasten haben.

Von der Geschäftsleitung über die Produktion bis zum Endkunden herrscht

über alle Prozessebenen Transparenz und Nachverfolgbarkeit bei konstanter

Qualität. So wird die Arbeit dank iQ Platform, SPS, Roboter und Servoantrieb

präzise erledigt und durch die besonders flüssigen Prozessabläufe

zum echten Vergnügen.

Detaillierte Infos: www.mitsubishi-automation.de | Tel. 02102 486-2525

anche

Rohstoffkosten treiben die Preise für

elektromechanische Bauelemente in die Höhe

Das Allzeithoch bei den Notierungen für Gold und

Silber, aber auch die massiven Preissteigerungen

bei anderen Edelmetallen, Buntmetallen und sonstigen

Rohstoffen, belasten die Hersteller von elektromechanischen

Bauelementen. Darauf weist der ZVEI hin. Die

Einkaufspreise dieser für die Herstellung notwendigen

Rohstoffe führen zu drastisch steigenden Materialkosten

von elektromechanischen Bauelementen. Bei diesen

Produkten können die Beschaffungskosten für

Rohstoffe die Hälfte des Umsatzes ausmachen. Vielen

Herstellern ist es daher nicht möglich, die Preissteigerung

allein durch Optimierung oder Produktivitätssteigerung

zu kompensieren. Der ZVEI rechnet daher

mit der Weitergabe der gestiegenen Kosten in dieser

Branche an die Kunden.

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

EINEN RASANTEN

ANSTIEg haben die

Preise der für

elektromechanische

Bauelemente

nötigen Rohstoffe

hinter sich – das

wird sich im Preis

der Bauteile

niederschlagen,

prognostiziert der

ZVEI. Quelle: ZVEI

Werkstoff

Einheit

Kurs

5.1.2009

Kurs

5.1.2010

Kurs

5.1.2011

Veränderung

(%) 09–10

Veränderung

(%) 10–11

Veränderung

(%) 09–11

Kupfer DEL € / 100 kg 241,57 532,76 732,62 120,54 37,51 203,27

Messing CuZn37 € / 100 kg 242,00 480,00 628,00 98,35 30,83 159,50

Bronze CuSn6 € / 100 kg 349,00 675,00 945,00 93,41 40,00 170,77

Stol 76 € / 100 kg 316,00 638,00 876,00 101,90 37,30 177,22

Silber Ag € / kg 252,50 386,10 699,30 52,91 81,12 176,95

Gold Au € / kg 20,01 24,84 33,01 24,14 32,89 64,97

10

Interoperables Fieldbus Gateway bindet E/As

über ein Standard-Highspeed-Netzwerk ein

Die Fieldbus Foundation stellt ihren Mitgliedern nun

die Foundation-Highspeed-Ethernet-Remote-I/O

(HSE-RIO)-Spezifikation zur Ansicht zur Verfügung. Als

Teil der Initiative der Foundation zu Wireless und Remote

I/O definiert diese Spezifikation das erste einer

Reihe von interoperablen Gateways (ein intelligentes

RTU), um die E/As (analog und diskret) über ein Standard-Highspeed-Netzwerk

in die Automatisierungssysteme

einzubinden.

Innerhalb der Automatisierungsarchitektur der Foundation

bieten H1 (31,25 kbit/s) und HSE (100 Mbit/s)

Funktionsblöcke an, in denen HSE als Leitung mit höherer

Bandbreite dient, die höhere Geschwindigkeiten

und mehr Datendurchsatz bietet. Die Wireless-IO-Entwicklung

erweitert diese Fähigkeiten durch die Einrichtung

offener und freier Spezifikationen für ein verkabeltes

HSE-Backhaul-Netzwerk, ein drahtloses HSE-

Backhaul-Netzwerk, das zahlreiche Wireless Gateways

integriert, und eine Schnittstelle zu Wireless Instrumentierungs-Netzwerken.

Die HSE-RIO-Technologie

bietet eine effektive Möglichkeit, eine hohe Anzahl

diskreter und analoger E/A-Signale über eine HSE-Verbindung

von intelligenten Feldgeräten in das Automatisierungskonzept

zu integrieren.

Die Fieldbus Foundation betont, dass die WIO-Lösung

mit HSE-RIO es Industrieanlagen ermögliche, auf Geräte

atp edition

4 / 2011

mit hohen Datenanforderungen unter Verwendung von

HSE direkt über das Feldbus-Host-System zuzugreifen.

Die Verwendung von Gateways erleichtere die Integration

verschiedenster konventioneller E/As in die Feldbusumgebung.

Diese Lösung macht diskrete und analoge

Signale sowie Foundation H1 über ein gemeinsames

Ethernet-Netzwerk verfügbar.

Das Wireless-IO-Projekt der Fieldbus Foundation verspricht,

die Verwendung einer offenen, interoperablen

Infrastruktur für die Feldbusautomatisierung unter

Einsatz von HSE- und Wireless-Anwendungen voranzutreiben.

Neben dem HSE-RIO-Entwicklungsteam arbeitet

auch das Fieldbus-Foundation/ISA-Kooperationsteam

(FIC) an Spezifikationen für das Wireless HSE-

Backhaul-Netzwerk mit HSE-RIO-Gateway. Das Wireless-Sensor-Interface-Team

entwickelt Spezifikationen

für Schnittstellen von Wireless-Sensornetzwerken und

dem Gateway. Die Spezifikationen für die Wireless-

Backhaul- und Wireless-Sensorschnittstelle werden

nun entworfen.

FIELDBUS FOUNDATION,

9005 Mountain Ridge Drive, Bowie Bldg – Suite 200,

Austin, TX 78759-5316, USA,

Tel. +1 (0) 512 794 88 90,

Internet: www.fieldbus.org

Profidrive effizient

implementieren

Um Profidrive weiter voranzutreiben und eine effiziente

Implementierung des Profils zu ermöglichen,

soll in Zukunft für Gerätehersteller eine Entwicklungsunterstützung

in Form eines Quellcodes zur Verfügung

stehen. Die Weichen hierfür wurden in einem Kickoff

Meeting der Industrial NETworx Community gestellt,

an dem Vertreter von 15 Firmen teilnahmen. PI (Profibus

& Profinet International) begrüßt diese Aktivität, da

sie einen wichtigen Beitrag zur flächendeckenden Verbreitung

des Profils sowie von Profibus und Profinet in

Antriebsanwendungen leiste.

Mithilfe des getesteten Quellcodes sollen Gerätehersteller

Profidrive wesentlich einfacher implementieren

können. Die Community unterstützt Gerätehersteller

bei der Integration des Quellcodes und bietet eine Plattform

für den Erfahrungsaustausch rund um Profidrive.

Entwicklungsergebnisse sollen auf der Hannover-Messe

vorgestellt werden, zur SPS/IPC/Drives werden bereits

erste Produkte erwartet.

Interessenten können sich hier informieren und

an der Entwicklung des Quellcodes mitwirken:

www.industrialnetworx.com/profidrive-profile.

PROFIBUS-NUTZERORgANISATION,

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

Tel. +49 (0) 721 965 85 90,

Internet: www.profibus.com

Call for Papers zum

SPS/IPC/Drives-Kongress

Noch bis zum 26. April können Vortragsvorschläge

für den Kongress der SPS/IPC/Drives 2011 eingereicht

werden. Ziel des Kongresses ist es, für Anwender

und Entwickler die Umsetzung innovativer Ergebnisse

aus industrieller Forschung und Entwicklung für die

Praxis vorzustellen.

Das Programmkomitee sucht Themen, mit denen Anwender

aktuell oder in Zukunft im Unternehmen konfrontiert

sind. Bevorzugt werden Beiträge über anwendungsbezogene

und herstellerunabhängige Problemlösungen

zu aktuellen Themengebieten.

Auch in diesem Jahr verleiht der Messe-Veranstalter

Mesago Messemanagement zwei Young Engineer

Awards. Das Kongresskomitee wählt dafür den jeweils

besten Beitrag junger Ingenieure (bis 35 Jahre) aus den

Bereichen Automation und Drives aus.

Der Kongress findet parallel zur Messe vom 22. bis 24.

November 2011 in Nürnberg statt. Detaillierte Informationen

zu den Themenfeldern, zu denen Beiträge eingereicht

werden können, sind im Internet zu finden unter

www.mesago.de/sps.

MESAgO MESSEMANAgEMENT gMBH,

Rotebühlstr. 83-85, D-70178 Stuttgart,

Tel. +49 (0) 711 61 94 60,

Internet: www.mesago.de

„ Damit wird unsere Druckmessung

so vielseitig wie

nie zuvor!“

Neu von VEGA: der vielseitige und robuste

Differenzdruckmessumformer VEGADIF.

Er misst nicht nur Druck und Differenzdruck,

sondern auch Füllstände, Trennschichten und

Dichteänderungen in Behältern. Das breite

Einsatzspektrum sichert hochpräzise Messwerte

und langfristige Wirtschaftlichkeit für

viele Branchen.

www.vega.com/innovation

HANNOVER MESSE 2011: Halle 11, Stand C27

Branche

Mit Leitungsfehlertransparenz lückenlos in der

Prozesstechnik überwachen

Schaltverstärker überträgt Signale und reduziert Verdrahtungen

fährdeten Bereich befinden und die den Energieeintrag

reduzieren sollen. Diese Komponenten, die als Trennbarrieren

zwischen Feld und Steuerungen fungieren, sind

Schaltverstärker, Speisegeräte oder Messumformer.

Ein wichtiger Sicherheitsaspekt in diesem Zusammenhang

ist die permanente Leitungsfehlerüberwachung

der Anschlussleitungen zwischen Feld, Trennbarriere

und Steuerung. Gerade in der Prozessautomatisierung

sind Feldleitungen rauen Umweltbedingungen

und mechanischen Belastungen ausgesetzt.

Während diese Überwachung bei analogen Signalen

aufgrund der durchgängigen 4…20 mA-Technik leicht

zu realisieren ist, war dies bei binären Signalen bislang

nur mit zusätzlichem Verdrahtungsaufwand möglich.

BINÄRE SIGNALE ERFASSEN UND

GLEICHZEITIG ÜBERWACHEN

Das Namur-Signal eines binären Sensors kann neben

den Pegeln 0 und 1 auch Leitungsfehler übertragen. Für

Anwender, die diese Leitungsüberwachung auswerten

wollen, gibt es bei bisherigen Schaltverstärkern zwei

Möglichkeiten:

E

igensichere Stromkreise für die Signalanbindung in

explosionsgefährdeten Bereichen sind heute Stand

der Technik – ob analog oder digital. Anders sieht es

hingegen mit der Überwachung der Anschlussleitungen

aus. Das konnte bislang für eine binäre Übertragung nur

mit einigem Aufwand realisiert werden. Die von

Pepperl+Fuchs entwickelten Schaltverstärker mit Leitungsfehlertransparenz

reduzieren die Verdrahtung und

ermöglichen neben der Schaltsignal-Übertragung die

lückenlose Überwachung der Feld- und Steuerleitungen

– auf jedem einzelnen Kanal.

Um das Risiko einer Gas- oder Staubexplosion in Prozessanlagen

zu reduzieren, kommt für elektrische Komponenten

die Zündschutzart Eigensicherheit zum Tragen.

Diese Vorgabe begrenzt die elektrische Energie auf

einen Wert, der unterhalb der Mindestzündenergie der

vorhandenen explosionsfähigen Atmosphäre liegt. Dies

gilt für den Normalbetrieb wie für den Störfall und bezieht

sich auf den gesamten Stromkreis. Dazu gehören

also auch die Bauteile, die sich nicht im explosionsge-

1 | Den Leitungsfehler im Feld am Signalausgang zu signalisieren,

indem der Ausgangskontakt geöffnet

oder der Ausgangstransistor energielos wird (Signalausgang

in Bild 1). Das gesamte System geht in den

sicheren Zustand „energielos“. Nachteil: Es ist unmöglich,

in der Steuerung die Schaltzustände von

Fehlerzuständen zu unterscheiden, da 0-Signal und

Leitungsfehler dem gleichen Signalpegel zugeordnet

sind.

2 | Die Verwendung eines weiteren Signalausgangs (Ausgang

ERR in Bild 1). Der erste Ausgang überträgt das

Schaltsignal, der zweite Ausgang das Fehlersignal.

Hier können jedoch zwischen Schaltverstärker und

Steuerung keine Leitungsfehler von Schaltsignalen

unterschieden werden. So ist beispielsweise ein Kurzschluss

zwischen Steuerung und Leitsystem weiterhin

nicht von einem 1-Signal zu unterscheiden. Zudem

verdoppeln sich durch den zusätzlichen Fehlermeldeausgang

der Verdrahtungsaufwand und die Anzahl

der Eingänge in der Steuerung.

DIE PRAXISGERECHTE LÖSUNG

Eine praxisnahe Lösung bieten die Schaltverstärker mit

Leitungsfehlertransparenz (LFT). Sie übertragen gleichzeitig

Schalt- und Fehlersignale aus dem explosionsgefährdeten

Bereich mit nur einem Ausgang zur Steuerungsebene

– und das eindeutig. Der elektronische Kniff dieser

Entwicklung liegt in der Nachbildung eines Namur-

Schaltausgangs im Trennbaustein. Dieser überträgt neben

dem Signal auch die Fehlermeldungen Drahtbruch und

Kurzschluss aus dem Eingangskreis – trotz Trennstufe.

Sobald ein Fehler eintritt, wird der Ausgang hochohmig

und kann somit von der Steuerung als Leitungsfehler

erkannt und ausgewertet werden (Bild 2). Vorrausetzung

ist ein digitaler Eingang mit Leitungsfehlerüberwa-

12

atp edition

4 / 2011

BilD 1: Das binäre

Ausgangssignal des

Sensors und das

Fehlersignal für jeden

einzelnen Kanal

können bislang nur mit

hohem Verdrahtungsaufwand

detektiert

werden.

BilD 2: Schaltverstärker

mit Leitungsfehlertransparenz

ermöglichen

die lückenlose

Überwachung von jedem

einzelnen Kanal auf

Feld- und Steuerleitung.

Das spart bis zu 50%

Verdrahtung.

Bilder: Pepperl+Fuchs

chung in der Steuerung, der mittlerweile von allen großen

Leitsystemherstellern angeboten wird.

Der Nutzen dieses Schaltverstärkers mit Leitungsfehlertransparenz

ist vielfältig: Der Anwender erhält neben

den Schaltsignalen eine lückenlose Überwachung der

Kabel, sowohl auf der Feld- als auch auf der Steuerleitung

– und das auf jedem einzelnen Kanal. Außerdem halbieren

sich die Kosten für die Verdrahtung und die digitalen

Eingänge an der Steuerung.

Mit einem solchen Namur-kompatiblen Ausgang ist

beispielsweise der Schaltverstärker KFD2-SOT2-Ex1.N

aus dem K-System ausgestattet. Dieses umfangreiche

Programm eigensicherer Trennbausteine umfasst zirka

150 verschiedene Modelle für die Montage auf der Normschiene

(35 mm) – vom einfachen Trenner bis hin zu

hochfunktionalen Bausteinen. Der Schaltverstärker wurde

speziell für Namur-Sensoren (EN 60947-5-6) entwickelt

und ist für eigensichere Anwendungen bis SIL 2

(IEC 61508) geeignet. Die Signalisierung des Fehlers erfolgt

über eine frontseitige LED gemäß Namur NE44 und

einen separaten Ausgang. Auch eine Sammelmeldung

über die Spannungsversorgung (Power Rail) ist möglich.

LEITUNGSFEHLERTRANSPARENZ FÜR DAS H-SYSTEM

Das H-System ist für mehrkanalige Anwendungen im

explosionsgefährdeten Bereich konzipiert, bei denen

eine weitere Reduzierung des Verdrahtungsaufwands

gewünscht ist. Statt Hutschienenmontage stellt dieses

System ein Termination Board mit frei wählbaren

Klemmenausführungen oder Leitsystemsteckern als

Interface zwischen Feldgeräten und Leitsystem zur

Verfügung. Der neu entwickelte Verstärker HiC2831/2

(ein/zwei Kanäle) mit Leitungsfehlertransparenz und

nur 12,5 mm Breite ist kompatibel zu den bereits bestehenden

Schaltverstärkern. Er ist ebenfalls für

Namur-Sensoren und eigensichere Anwendungen bis

SIL 2 ausgelegt. Für SIL 3-Signalkreise gibt es mit dem

Schaltverstärker HiC2851 eine ähnliche Lösung.

autor

Dipl.-ing. Stefan pflüger

ist Produkt-Marketing-Manager

für Interfacetechnik im

Geschäftsbereich Prozessautomation

bei Pepperl+Fuchs

in Mannheim.

pepperl+ fuchs gmbH,

lilienthalstraße 200, D-68307 Mannheim,

tel.: +49 (0) 621 776 16 61,

e-Mail: spflueger@de.pepperl-fuchs.de

atp edition

4 / 2011

13

anche

Zum erZeugen von Kavernenspeichern im Salzstock

bohrt Wingas im ostfrie sischen Jemgum gut

1,5 Kilometer tief in die Erde. Bild: Wingas

„Über einen elektronischen

Angebotsvergleich

ließ sich in

Sekundenschnelle feststellen,

ob die Gerädedaten des

Lieferanten unseren Anforderungen

entsprachen.“

So beschreibt Klaus Kerner,

Process Control Technology

Project Manager bei Rösberg,

einen Vorteil, den die

Anwendung der NE 100

brachte. Bild: Rösberg

Namur-Empfehlung 100 sorgt für erhebliche

Vereinfachung beim Detail-Engineering

Zeitaufwand für Automatisierungsprojekt im Rahmen eines Erdgasspeichers deutlich reduziert

Standardisierter Austausch von Engineering-Daten

statt manuellem Handling von Messstellenblättern:

Durch den Einsatz der Namur-Empfehlung NE 100 spart

die Rösberg Engineering GmbH bei ihrem Automatisierungsprojekt

für einen großen Erdgasspeicher viel Zeit

ein. Zudem ergibt sich eine optimale Dokumentation für

den Anlagenbetreiber.

In der ostfriesischen Gemeinde Jemgum entsteht derzeit

einer der größten Erdgas-Kavernenspeicher Deutschlands.

Der Erdgasversorger Wingas plant dort bis zu 18

Kavernen mit einem geometrischen Hohlraumvolumen

von je 750 000 Kubikmetern. Nach Projektabschluss soll

in Jemgum ein Speichervolumen von 1,2 Milliarden Kubikmetern

Erdgas bereitstehen.

1600 MESSSTELLEN MÜSSEN EINBEZOGEN WERDEN

Die Firma Rösberg Engineering GmbH aus Karlsruhe

plant und errichtet die für das Projekt notwendige Automatisierung

für die Solanlage. „Es handelt sich hierbei

um zirka 1600 Messtellen”, sagt Klaus Kerner, Process

Control Technology Project Manager bei Rösberg. Der

Zeitaufwand für das Detail-Engineering der Mess- und

Regeltechnik darf bei einem Projekt dieser Größe nicht

unterschätzt werden. Um den straffen Zeitplan einzuhalten,

ist der Anbieter neue Wege gegangen und hat den

standardisierten Datenaustausch von Engineeringdaten

nach Namur-Empfehlung NE 100 angewendet. Das erleichtert

die Abläufe zwischen Anlagenplaner und Gerätelieferanten

in der Anfrage- und Angebotsphase und

bietet dem Anlagenbetreiber später die maximale Qualität

in der Dokumentation.

Ausgangspunkt des NE-100-Workflows ist hierbei das

CAE-System Prodok. Aus diesem Planungssystem werden

die bestehenden Messstellenblätter im NE-100-Format exportiert

und als elektronische Spezifikationsanfragedateien

an die Lieferanten geschickt.

SPEZIFIKATIONEN PER MAUSKLICK IMPORTIERT

Werner Urban, Projektsachbearbeiter bei Endress+Hauser,

hat die Anfragedateien von Rösberg Engineering erhalten

und bearbeitet: „Ich habe die elektronischen Spezifikationen

geprüft, die passenden Geräte aus unserer Produktpalette

ausgewählt und um die fehlenden technischen Informationen

ergänzt. Bisher haben wir so über 150 Anfragedateien

bearbeitet und an die Firma zurückgeschickt. Für

uns war dieser neue Weg der Abwicklung von Anfragen

nach NE 100 einfacher als zuerst erwartet.“

Projektleiter Klaus Kerner ist zufrieden: „Wir konnten

die Spezifkationen per Mausklick in unser Planungssystem

importieren. Über einen elektronischen Angebotsvergleich

ließ sich in Sekundenschnelle feststellen, ob

die Gerädedaten des Lieferanten unseren Anforderungen

entsprachen. Die kompletten Gerätedaten konnten somit

per Knopfdruck ins System und gleichzeitig in die Dokumentation

übernommen werden.“ Anklang fand die

neue Arbeitsweise auch beim Auftraggeber, wie Kerner

betont: „Frank Soschinka, Projektleiter Automatisierung

bei Wingas, lobte uns für die hochwertige Dokumentation.

So haben wir in der Planungsphase erheblich Zeit

eingespart, bei gleichzeitiger Verbesserung der Qualität

unserer Engineeringdaten.“

Werner Urban zieht ebenfalls eine positive Zwischenbilanz:

„Wir müssen neue Wege gehen um die steigenden

Anforderungen unserer Kunden, gerade auch im Anlagenbau,

zu erfüllen. Wir konnten in diesem Projekt unsere

Messtechnik übergreifend platzieren und der Firma

Rösberg den gewünschten Mehrwert bieten: die Zeitersparnis

im Engineering.“

14

atp edition

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| EK12-05G |

Der WorKFLoW

Die klassische Grundlage einer Gerätespezifikation stellt

das technische blatt (Messstellenblatt) dar. es enthält alle

Daten und anforderungen an das Gerät.

Der Lieferant erhält das Messstellenblatt als PDF oder auf

Papier, legt das Gerät danach fest und ergänzt die Gerätedaten

entweder auf dem blatt oder separat per angebot. Der

Planer wählt daraus das passendste Gerät aus und pflegt

von hand die Gerätebeschreibung im cae-System in das

Messstellenblatt ein. Gibt es während des Projektverlaufs

Änderungen wiederholt sich der Prozess.

auf diese Weise benötigt der engineering-Prozess viel Zeit

und ressourcen. Proprietäre Gerätedaten lassen sich nicht

in bestehende cae-Systeme integrieren und Produktvergleiche

sind aufgrund uneinheitlicher herstellerangaben

nur bedingt möglich.

Im ne-100-Workflow werden die Merkmalleisten zwischen

Planer und Lieferant elektronisch ausgetauscht und in

vereinbartem umfang vom Lieferanten befüllt. In einer

kompletten Merkmalleiste stehen später alle notwendigen

Daten eines Gerätes, um damit die verschiedenen anforderungen

aus der Sicht von Planung, einkauf, betrieb oder

Wartung zu erfüllen. auf basis ihrer über 100 Gerätemerkmalleisten

beschreibt und ermöglicht die ne 100 die

automatisierte Datenübergabe, beispielsweise zwischen

einem cae-System des Planers und einem PDM-System

des Lieferanten.

Die anwendung der ne 100 bringt den Vorteil des standardisierten

und strukturierten Datenaustauschs über

XML-Dateien. Die Pflege eigener Formulare oder Datensysteme

entfällt. Weiterhin werden eine bessere Vergleichbarkeit

der Gerätedaten bei angeboten sowie eine erhöhung

der Qualität im anfrage/angebots-Prozess sowie eine

reduzierte engineeringzeit erreicht.

Das effizientere engineering senkt die Kosten sowohl auf

Kunden- als auch auf Lieferantenseite.

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anche

Berechnete Sicherheit für analoge

Signalkreise in der Prozesstechnik

Die Vorgehensweise zur Minimierung des Risikos durch sicherheitstechnische Funktionen

Überschreitet das Risiko einer prozess- oder verfahrenstechnischen

Anlage bestimmte Grenzen, werden

zusätzliche Sicherungsmaßnahmen erforderlich.

Am Anfang steht die Analyse durch ein interdisziplinäres

Team aus Verfahrenstechnikern, Sicherheits-

Fachleuten und Ingenieuren. Kommen sie zu dem Ergebnis,

dass die Gefahr für die Sicherheit von Menschen,

Anlagen und Umwelt trotz einer prozesstechnischen

Betriebs- und Überwachungseinrichtung (BPCS)

zu groß ist, müssen weitere Maßnahmen ergriffen werden,

um dieses Risiko – also das Ausmaß der Gefährdung

und seine Eintrittswahrscheinlichkeit – auf ein

tolerierbares Maß zu beschränken.

Zu diesen Aktivitäten können Maßnahmen zur Schadensbegrenzung,

Notfallpläne, mechanische Einrichtungen

sowie die Installation zusätzlicher Sicherheitstechnischer

Systeme (SIS) gehören. Dabei steht jede Funktion des

R&I-Schemas (Rohrleitungs- und Instrumentenplan) auf

dem Prüfstand. Unter Umständen sind zusätzliche Sicherheitstechnische

Funktionen (SIF) zu planen, deren zu erreichende

Risikoreduzierung mit Hilfe eines Risikographen

in Form eines SIL (Safety Integrity Level) festgelegt

wird. Wie kann also die Vorgehensweise bei der Betrachtung

der funktionalen Sicherheit analoger Signalkreise in

der Prozess- und Verfahrenstechnik aussehen? Welche

Werte und Parameter sind relevant? Wo werden sie dokumentiert

und wie fließen sie in die Betrachtung ein?

Für jede Sicherheitstechnische Funktion (SIF), die aus

Eingangskreis, Logik und Ausgangskreis besteht (Bild 1),

wird der „sichere Zustand“ definiert. In diesem Zusammenhang

ist zu überlegen, was geschehen muss, wenn

beispielsweise die Spannungsversorgung unterbrochen

wird. Soll ein Relaiskontakt oder ein Ventil geöffnet respektive

geschlossen werden? Außerdem muss der Anwender

auf Basis eines Risikographen den SIL als Maß

der notwendigen Risikominimierung für die Funktion

ermitteln. Der SIL gibt dabei die Wahrscheinlichkeit an,

dass das Sicherheitssystem die erwartete Sicherheitstechnische

Funktion (SIF) während einer bestimmten

Zeitspanne korrekt ausführt. Alle Geräte einer SIF sollten

dem geforderten Level entsprechen. Komponenten

des Eingangs-Teilsystems können neben den Sensoren

Schaltungen zur Signal-Konditionierung, Barrieren oder

galvanische Trenner sein. Zum Ausgangs-Teilsystem

zählen Aktoren und unter Umständen ebenso Trenner.

Im Rahmen der Umsetzung der funktionalen Sicherheit

reicht es allerdings nicht aus, Geräte mit dem benötigten

SIL einfach aneinander zu reihen.

Die BeDeutung Des siL eines gerätes

Der Safety Integrity Level eines Gerätes sagt lediglich

aus, dass das Modul im Sicherheitskreis verwendet werden

darf und die SIL-Anforderungen während seines

Lebenszyklus – also auch bei der Konzeption und Entwicklung

– erfüllt werden. Dazu bekommt das Gerät eine

SIL-Bewertung oder ein Zertifikat. Darüber hinaus informiert

das Safety Manual über die für die Berechnung

des SIL-Kreises wichtigen Werte (Bild 2). Zur Realisie-

rung der funktionalen Sicherheit gibt es nun verschiedene

Ansätze, die unter anderem davon abhängen, ob

eine Anlage neu geplant wird.

Oftmals liegt aufgrund von Funktion, Qualität und

Preis sowie der Angabe des Herstellers, für welchen SIL

das Gerät maximal nutzbar ist, bereits eine Präferenz für

bestimmte Geräte vor. Alternativ kann der Anwender

durch Datenbanken, welche die Ausfälle von Geräten

erfassen, zu Aussagen hinsichtlich der funktionalen Sicherheit

kommen (Betriebsbewährung). Manche Anlagenbetreiber

verfügen über eine eigene Datenerhebung

und Dokumentation der von ihnen verwendeten Geräte.

Die Umgebungsbedingungen und Anwendungsfälle der

Produkte müssen in diese Betrachtung einfließen. Denn

Geräte, die in Mitteleuropa einwandfrei funktionieren,

können in der Wüste oder in höheren Lagen andere Fehlerhäufigkeiten

aufweisen.

sicherheitstechnische Begriffe unD Werte

Bei der Umsetzung einer Sicherheitstechnischen Funktion

(SIF) ist zunächst zu klären, wie viele zusätzliche

Geräte für die Sicherheitsfunktion installiert werden sollen

(Bild 3). Dabei darf der Planer die einzelnen Teilsysteme

der Sicherheitstechnischen Funktion (Eingangskreis,

Logik und Ausgangskreis) auch getrennt betrachten.

Das sogenannte Voting MooN (M out of N Geräte) sagt

aus, welche Anzahl der zur Realisierung der Funktion

geplanten oder verbauten Geräte für die Sicherheit erforderlich

ist. Daraus ergibt sich die Hardware-Fehlertoleranz

(HFT). Werden zwei Sensoren installiert, von denen

jeder einzelne die Sicherheitsfunktion auslösen kann,

handelt es sich um eine 1oo2-Architektur, die den Ausfall

eines Sensors toleriert. Somit liegt ein HFT von 1 vor. Bei

einer HFT von 0 (1oo1, 2oo2 …) kann ein einzelner Fehler

zum Sicherheitsverlust führen. Die Entscheidung wird

dabei aufgrund von Aspekten der Sicherheit, Anlagenverfügbarkeit

und Wirtschaftlichkeit getroffen.

Bei den Geräten wird zwischen Typ-A- und Typ-B-Geräten

unterschieden (Bild 2). Unter Typ A fallen einfache

Geräte, deren Komponenten und Ausfallbedingungen vollständig

bekannt sind. Auf Typ-B-Geräte trifft dies nicht

zu, da sie beispielsweise Mikroprozessoren enthalten. Für

die ausgesuchten Geräte ist nun die Safe Failure Fraction

(SFF) von Bedeutung, also der Anteil der ermittelten ungefährlichen

Ausfälle des Moduls. Je nachdem, ob das

Gerät Typ A oder Typ B zugerechnet wird, erlaubt die SFF

in Kombination mit der gewünschten HFT die Zuordnung

zu einem bestimmten SIL (Bild 4). Wird die notwendige

Risikominimierung (SIL) nicht erreicht, muss ein anderes

Gerät oder eine andere HFT gewählt werden.

Im nächsten Schritt sind die PFD avg -Werte zu betrachten,

die die mittlere Ausfallwahrscheinlichkeit der Module

im Anforderungsfall der Sicherheitstechnischen

Funktion angeben. Die Werte sind immer in Abhängigkeit

zum Prüfintervall T proof zu sehen, denn die Aussage

über die Wahrscheinlichkeit von Ausfällen kann nicht

für einen unbegrenzten Zeitraum gemacht werden. Die

dokumentierten PFD-Werte für die Berechnung ergeben

16

atp edition

4 / 2011

sich aus dem für die Anlage jeweils wünschenswerten

oder sinnvollen Prüfintervall (Bild 2).

Die MiniMierung Des risiKOs

Liegen die Werte für alle Module der SIF vor, ist sicherzustellen,

dass der Gesamt-PFD avg mit der durch den SIL

geforderten Risikominimierung übereinstimmt. In der

Prozessindustrie handelt es sich häufig um Sicherheitstechnische

Funktionen, die mit niedriger Anforderungsrate

betrieben werden, also ihre Aufgabe maximal ein Mal

pro Jahr auf Anforderung ausführen müssen. Entsprechende

Ausfallgrenzen sind in der DIN EN 61508-1 in

Tabelle 2 aufgelistet. Ein PFD avg zwischen 10 -3 und 10 -4

entspricht beispielsweise einer Risikominimierung um

den Faktor 1000 bis 10 000 und damit SIL 3. Ist dies nicht

der Fall, hat der Anwender drei Möglichkeiten.

Zum Einen kann er die PFD-Werte des Eingangs- und

Ausgangskreises genauer untersuchen. Orientierung

bietet dabei, dass Sensor und Trenner maximal 35 Prozent,

die Logik 15 Prozent und der Ausgangskreis, bestehend

aus Aktor und Trenner, rund 50 Prozent des

Pfades beanspruchen sollten. Geräte mit ungünstigen

Feldbusunabhängig

in den Ex-Bereich!

Das WAGO-I/O-SYSTEM 750 ist sowohl für den Einsatz in nicht

explosionsgefährdeten als auch in explosionsgefährdeten Bereichen der

Industrie und des Bergbaus ausgelegt.

Im industriellen Ex-Bereich kann das WAGO-I/O-SYSTEM 750 in der Zone

2 / 22 eingesetzt werden und bietet eine sichere, einfache und wirtschaftliche

Verbindung zur Sensorik und Aktorik der Zone 0 / 20 und 1 / 21.

Die hierfür entwickelten Ex i Busmodule bilden hierbei ein eigensicheres

Segment, das integriert in einen Standardbusknoten dem Anwender

sämtliche Vorzüge moderner Feldbustechnik bietet: Feldbusunabhängigkeit,

Flexibilität, Modularität, IEG 61131-3 Programmierbarkeit, Zuverlässigkeit,

Wirtschaftlichkeit, etc.

Zur Verfügung stehen die Ex i Busmodule: Digital NAMUR Eingang, Digital

Ausgang, Analog Eingang 4-20mA, Analog Eingang 4-20mA HART, Analog

Eingang RTD, Analog Eingang TC, Analog Ausgang 0-20mA und die Ex i

Einspeisungen 0,5A/1,0A.

Werten können durch besser geeignete Produkte ersetzt

werden. Ist dies nicht möglich, lässt sich das Testintervall

T proof verkürzen, was einen kontinuierlich höheren

Aufwand während der Anlagenlaufzeit nach sich zieht.

Die dritte Möglichkeit zur gewünschten Risikominimierung

besteht in der Änderung der Hardware-Architektur.

Das bedeutet ein neues Voting zur Erhöhung der

Hardware-Fehlertoleranz, beispielsweise 1oo2 oder

2oo3. Auch für den Fall, dass einzelne Geräte einem

SIL 1 entsprechen, ist durch eine redundante Auslegung

ein SIL 2 möglich, wenn die sicherheitstechnischen

Parameter dies zulassen. Entsprechend aufwendiger

ist die Berechnungsformel des Gesamt-PFD avg,

die

in der DIN EN 61508-6 im Anhang B oder etwas vereinfacht

in ANSI/ISA S.84.01 zu finden ist. Denn bei redundanten

Geräten muss die Möglichkeit eines Fehlers

gemeinsamer Ursache, der Common Cause β, in die

Berechnung einfließen. Dies lässt sich selbst dann nicht

vermeiden, wenn Geräte unterschiedlicher technischer

Erfassungen oder „zuverlässig“ verschiedener Hersteller

redundant eingesetzt werden. Lediglich der Prozentsatz,

mit dem β in die Berechnung eingeht, ist beeinwww.wago.com

anche

Bild 1: Für jede Sicherheitstechnische Funktion (SIF), die aus

Eingangskreis, Logik und Ausgangskreis besteht, wird der „sichere

Zustand“ definiert. In diesem Zusammenhang ist zu über legen,

was passieren muss, wenn beispielsweise die Spannungsversorgung

unterbrochen wird.

Bild 2: Das Safety Manual eines Signalkonverters

informiert über die für die Berechnung

des SIL-Kreises wichtigen Werte.

Bild 3: Bei der Umsetzung einer Sicherheitstechnischen

Funktion (SIF) ist zunächst zu klären, wie viele zusätzliche

Geräte für die Sicherheitsfunktion installiert werden sollen.

flussbar (siehe DIN EN 61508-6), weil auch in dem Fall

Fehler gemeinsamer Ursache, wie hohe Temperaturen,

vorhanden sein könnten, die zu frühzeitiger Alterung

von Bauteilen beider redundanten Geräte führen.

Entspricht der PFD avg nach der Berechnung der geforderten

Risikominimierung, ist der SIL erreicht. Der Anwender

kann nun weitere notwendige SIF der Anlage auf

gleiche Weise prüfen.

Die rAhMenDAten Der BeisPieLAnLAge

Das Beispiel einer Dispersionsanlage, in der verschiedene

chemische Substanzen gemischt werden, be-

schreibt die Vorgehensweise bei der SIL-Berechnung

(Bild 5). Die Anlage befindet sich in einem separaten

Raum, den ein Mitarbeiter gelegentlich zum Reinigen

des Behälters betritt. Obwohl die Anwendung technisch

dicht ist, könnten über einen Einfüllstutzen bei

Versagen der Füllstands-Messungen gefährliche Stoffe

in die Umgebung gelangen. Durch den Dispersionsprozess

kann es unter Umständen zu einer exothermen

Reaktion des Gemisches kommen. Die dabei zu erwartende

Wärmeentwicklung könnte eine potenziell explosionsfähige

Atmosphäre entzünden. Das Rührwerk

muss für diesen Fall abschalten. Außerdem soll ein

18

atp edition

4 / 2011

unkontrollierter Ablauf des Gemisches verhindert werden

(Bild 5, F1-F3).

Eine Risikoanalyse kommt zu dem Ergebnis, dass zur

Risikominimierung neben den vorhandenen Überwachungs-Einrichtungen

für jede der Gefahren zusätzlich

jeweils eine SIF installiert werden muss. Im Fall der Füllstands-Überschreitung

ist SIL 2 zu erfüllen. Anhand dieses

Beispiels (Bild 5, F1) soll die Installation der SIF und

ihre Berechnung erläutert werden. Um die Kosten möglichst

niedrig zu halten, werden zunächst eine 1oo1-Architektur

und damit eine HFT von 0 geplant. Es muss

somit eine zusätzliche Füllstands-Überwachung geplant

werden (Bild 5, LZ 09), deren Signalisierung über die Logikeinheit

das Schließen eines zusätzlichen Ventils

(VZ 10) auslöst. Fällt der Sensor oder das Ventil aus, wird

die Sicherheitstechnische Funktion (SIF) nicht wirksam.

Aufgrund der Funktion und Qualität werden ein Sensor

mit einer SFF von 90 Prozent, ein Trenner mit 85,9 Prozent,

eine Logikeinheit mit 99 Prozent und ein Ventil mit

89 Prozent ausgewählt. Bis auf die Logikeinheit handelt

es sich um Typ-A-Geräte. Alle Produkte sind gemäß SIL 2

zertifiziert, die Logikeinheit für SIL 3.

MittLere AusfALLWAhrscheinLichKeit Der sif

Anschließend ist die mittlere Ausfallwahrscheinlichkeit

der gesamten SIF zu untersuchen. Wie die komplette

Anlage wird auch dieser Teil einer Funktionsprüfung

respektive einem Prüfintervall von einem Jahr unterzogen.

Die Safety Manuals der Einzelgeräte geben Auskunft,

welche PFD-Werte für diesen Zeitraum zu wählen

sind. Daraus leiten sich folgende PFD avg -Werte ab:

Eingangs-Teilsystem:

PFD Sensor = 0,9 x 10 -2

PFD Trenner = 2,6 x 10 -4

Logik: PFD Logik = 10 -6

Ausgangs-Teilsystem:

PFD Trenner = 2,6 x 10 -4

PFD Final Element = 0,5 x 10 -2

Der Gesamt-PFD avg errechnet sich aus der Summe der

PFD avg aller verwendeten Geräte und beträgt 1,46 x 10 -2 .

Die durchschnittliche Gesamt-Ausfallwahrscheinlichkeit

im Anforderungsfall liegt zwischen 10 -1 und 10 -2 .

Dieser Wert ist laut Tabelle 2 der DIN EN 61508-1 bei

einer geringen Anforderungsrate nicht ausreichend für

SIL 2. Er müsste zwischen 10 -2 und 10 -3 angesiedelt sein.

Ohne weitere Maßnahme entspricht diese SIF nur SIL 1.

Um SIL 2 zu erreichen, kann der Anwender – wie beschrieben

– ein anderes Gerät einsetzen, was in diesem

Fall vermieden werden soll. Auch die Erhöhung des Prüfintervalls

auf weniger als ein Jahr kommt im Beispiel

nicht in Frage. Bleibt nur die Möglichkeit eines neuen

Voting respektive einer höheren HFT. Für SIL 2 wäre das

eine 1oo2-Architektur, die sich auf das Eingangs-Teilsystem

beschränkt, da hier die Kosten wesentlich geringer

sind als bei redundanten Ventilen. Somit müssen ein weiterer

Sensor zur Füllstands-Messung (Bild 5, LZ 08) und

ein zusätzlicher galvanischer Trenner installiert werden,

die beide in die Berechnung einzubeziehen sind.

Für die nötige Sicherheit sind nun die Fehler gemeinsamer

Ursache β zu berücksichtigen. Die Höhe dieses

Wertes ergibt sich aus Maßnahmen, die die Tabelle D.1

in der DIN EN 61508-6 auflistet. So können den Geräten

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anche

sff

(safe failure fraction)

hardwarefehlertoleranz

n

typ A typ B n = 0 n = 1 n = 2

– 0 % ... < 60 % – SIL1 SIL2

0 % ... < 60 % 60 % ... < 90 % SIL1 SIL2 SIL3

60 % ... < 90 % 90 % ... < 99 % SIL2 SIL3 SIL4

= 90 % = 99 % SIL3 SIL4 SIL4

Bild 4: Kombinierte Tabelle nach DIN EN 61508-2

Je nachdem, ob das Gerät Typ A oder Typ B

zugerechnet wird, erlaubt die SFF in Kombination

mit der gewünschten HFT die Zuordnung zu

einem bestimmten SIL.

Bild 5: Das Beispiel einer Dispersionsanlage, in der verschiedene

chemische Substanzen gemischt werden, beschreibt die Vorgehensweise

bei der SIL-Berechnung.

andere elektrische Prinzipien oder Konstruktionen zugrunde

liegen. Außerdem können sie von unterschiedlichen

Herstellern stammen oder verschiedene Technologien

anwenden. Tabelle D.4 lässt sich dann der β-Faktor

entnehmen, und zwar getrennt für Eingangs-, Logik- und

Ausgangs-Teilsystem. Im Beispiel der Dispersionsanlage

soll der Faktor 10 Prozent für das redundante Eingangs-

Teilsystem mit Sensor und galvanischem Trenner ausmachen.

Zur besseren Darstellbarkeit wird zur Berechnung

des PFD des Eingangs-Teilsystems die vereinfachte Formel

für baugleiche Geräte und somit identischen λ DU gemäß

ANSI/ISA S-84.01 für 1oo2-Architekturen genutzt:

Der PFD avg

der kompletten Sicherheitstechnischen

Funktion (Gesamt-PFD avg = PFD S +PFD TR +PFD L

+PFD TR

+PFD FE

) beträgt nach dieser Maßnahme 6,3 x 10 -3 und

liegt damit zwischen 10 -2 und 10 -3 , sodass die SIF SIL 2

erfüllt. Die dargestellte Vorgehensweise mag aufwendig

sein, lässt sich mit den im Safety Manual angegebenen

Werten jedoch beherrschen.

autorin

dipl.-ing. Marlies gerstkäMper-OeverMann

ist tätig im Produktmarketing

für den Bereich Analog Ex

bei der Phoenix Contact

Electronics GmbH, Bad

Pyrmont.

phoenix Contact electronics gmbH,

dringenauer straße 30,

tel. +49 (0) 5281 94 60,

e-Mail: mgerstkaemper-oevermann@phoenixcontact.com

20

atp edition

4 / 2011

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hauPTbeiTRag

Predictive Functional Control:

Algorithmus und Testbetrieb

Einfach realisierbare Methode für SPS und PLS

Prädiktive (vorausschauende) Regelungen werden vor allem für komplexe Optimalwertregelungen

eingesetzt. Die vorgestellte PFC-Regelung (Predictive Functional Control) bietet

Algorithmen für Ein- oder Zweigrößensysteme, welche in speicherprogrammierbaren

Steuerungen und Prozessleitsystemen einfach implementiert werden können. Der Algorithmus

berücksichtigt die vorhandenen Begrenzungen und vermeidet das Integrator-

Windup. Der Beitrag zeigt grundlegende Eigenschaften von PFC sowie Implementierungsmöglichkeiten

in das Prozessleitsystem Simatic PCS7 auf.

SCHLAGWÖRTER Prädiktiver Regler / Predictive Functional Control / Totzeit /

Störgrößenaufschaltung / SPS / Prozessleitsystem

Predictive Functional Control: Algorithm and Test Implementation –

Simply realizable method for PLC and PCS

Predictive control is used primarily for complex optimal control. The presented Predictive

Functional Control (PFC) provides algorithms for single variable or two variables

systems. They can be easily implemented in programmable logic controllers and process

control systems. The algorithm takes the limits into account while avoiding the integrator

windup. The article demonstrates basic properties of PFC and implementation possibilities

in the process control system Simatic PCS7.

KEYWORDS Predictive Controller / PFC (Predictive Functional Control) / Dead Time /

Disturbance Feed-forward / PLC / Process Control System

22

atp edition

4 / 2011

RObERT HAbER, MiRCO KREuTz, KHALED zAbET, Fachhochschule Köln

Der PFC-Algorithmus [6] ist einfacher als die in

wissenschaftlichen Kreisen bekannte verallgemeinerte

prädiktive GPC-Regelung (Generalized

Predictive Control). Im Unterschied zum

GPC-Regelungsalgorithmus wird beim PFC-

Regelungsalgorithmus in seiner üblichen Form die Regelgröße

nur für einen Schritt in der Zukunft optimiert

und somit eine Matrizenrechnung vermieden. Die Stellsignalbegrenzungen

werden analytisch berücksichtigt.

Daher entfallen die bei prädiktiven Regelungen üblichen

Iterationen bis zum Finden der optimalen Lösung und

das damit eventuell verbundene Konvergenzproblem.

Das typische Anwendungsgebiet der PFC-Regelung ist

die Eingrößenregelung (einschleifig oder in Kaskadenstruktur).

Eine PFC-Regelung verbessert das Regelungsverhalten

bei totzeitbehafteten Prozessen gegenüber den

PI(D)-Regelungen ohne ein komplexes, prädiktives Regelungsprogramm

oder den sehr parameterempfindlichen

Smith-Prädiktor einsetzen zu müssen. Zudem berücksichtigt

sie in eleganter Weise die Begrenzungen und

vermeidet gleichzeitig das Integrator-Windup, das die

Regelung stark verlangsamt.

Die vorgestellten Algorithmen wurden für die Regelung

eines Heißluftgebläses (Laboranlage Amira LTR-701 [1])

angepasst und erfolgreich getestet. Der Durchfluss des Luftstroms

wird über die Gebläseleistung, die Lufttemperatur

über eine Heizung geregelt. Ziel war, eine Temperaturregelung

zu entwerfen, welche die durch Änderungen des

Luftstroms verursachten Störungen kompensieren kann.

Ein lineares Modell zweiter Ordnung der Anlage wurde

aufgestellt und die Modellparameter aus aktiven Versuchen

geschätzt. Anhand des Modells wurde eine Regelung ohne

und eine mit Störgrößenaufschaltung entwickelt.

Die Regelung wurde zuerst simuliert und anschließend

die Anlage mit der Software Matlab über einen Rechner

mit Prozessperipherie erfolgreich geregelt. Der Regelungsalgorithmus

wurde ebenfalls als Baustein im Prozessleitsystem

Simatic PCS7 realisiert und im Echtzeitversuch

erfolgreich getestet.

Obwohl bereits weltweit Industrieanwendungen der

PFC-Regelung vorliegen (siehe zum Beispiel [6, 7]), wozu

auch die von Evonik/Degussa seit Jahren in Zusammenarbeit

mit dem Erfinder des PFC-Algorithmus,

Dr. Richalet, realisierten Anwendungen [2] gehören, ist

dieser Algorithmus in Deutschland wenig bekannt.

1. PFC-PrinziP und reglerParameter

PFC ist eine Form der modellbasierten prädiktiven Regelung,

das heißt, der Regler berechnet das zukünftige Verhalten

des Prozesses beziehungsweise der Regelgröße

anhand des bekannten Prozessmodells möglichst genau

voraus (prädiziert), um damit eine Minimierung des zukünftigen

Regelfehlers zu erreichen. Bild 1 zeigt die Regelungsstruktur

für einen Prozess erster Ordnung. Der

Prozess wird durch die Parameter K (Proportionalbeiwert),

T (Zeitkonstante) und T t (Totzeit) beschrieben. Die

dem PFC-Regler bekannten Modellparameter werden mit

dem Index m versehen.

Bild 2 stellt den geplanten Regelgrößen- und Regelfehlerverlauf

bei einer sprunghaften Sollwertänderung dar.

Es wird angenommen, dass der Regelfehler in jedem

Schritt gleichermaßen sinkt:

mit den Reglerparametern

(1)

: Vorhersagehorizont,

: Reduktionsverhältnis der nacheinander folgenden

Regelfehler

Das Symbol „ “ bedeutet einen prädizierten Wert.

Die stetige Reduktion des Regelfehlers kann man mit einer

exponentiellen Funktion beschreiben, wie die Differenz

der Sprungantwort eines PT1-Prozesses (Prozess erster

Ordnung) zum angestrebten Endwert. Folglich sollte der

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23

hauPTbeiTRag

biLD 1: Blockschaltbild der prädiktiven Regelung

biLD 2: Geplanter Regelfehlerverlauf

so entworfene geschlossene Regelkreis sich wie ein PT1-

Glied verhalten und 95 % des Sollwertes ohne Überschwingung

in T c erreichen. Daraus folgt:

symbolisiert die Abtastzeit. Daher wird anstatt eher

die geplante Ausregelzeit (t 95% ) des zu erwartenden geschlossenen

Regelkreises als Reglerparameter benutzt:

T c : Ausregelzeit (t 95% ) des geschlossenen Regelkreises.

2. PFC-regelungsalgorithmus

Der PFC-Algorithmus wird für die wichtigsten Fälle der

Eingrößenregelung beschrieben:

PT1-Prozess ohne Totzeit

PT1-Prozess mit Totzeit

aperiodischer Prozess höherer Ordnung

(2)

Die Erweiterung auf die Störgrößenaufschaltung mit und

ohne Totzeit wird in Abschnitt 3 gezeigt. Die Regelung

schwingungsfähiger Prozesse ist in [6] behandelt.

Die Simulationsbeispiele zeigen für einen PT1-Prozess

mit den Parametern T=1.0s und K=1.0 zunächst

ohne und später mit einer Totzeit von T t = 2.0s den Vergleich

zwischen einer PFC- und einer PI-Regelung.

Das Regelungsverhalten wird dabei zuerst für einen

Sollwertsprung und anschließend für eine sprunghafte

Störung gezeigt.

2.1 PFC-algorithmus anhand eines Pt1-modells

ohne totzeit

Die Regelung für einen Sollwertsprung ist in Bild 3 dargestellt.

Zusätzlich zur Regelgröße werden auch das

konstant angenommene Stellsignal und der Modellausgang

gezeigt.

Es wird angenommen, dass die Änderung der Regelgröße

in n p Schritten (

) gleich der Änderung

des Modellausgangs (

) ist und

das Modell nur durch die Änderung des Stellsignals beeinflusst

wird.

Das Prozessmodell wird mit einem PT1-Glied beschrieben

(3a)

Die für ein zwischen den Abtastpunkten konstante Stellsignal

äquivalente zeitdiskrete Form ist

wobei

, (3b)

24

atp edition

4 / 2011

den Verlauf der Regelgröße beziehungsweise des Stellsignals

keinen Einfluss. Für dagegen soll n p bevorbiLD

3: Verlauf der Regelgröße, des Modellausgangs und

des Stellsignals bei einem Sollwertsprung

biLD 4: PFC-Regelung eines PT1-Prozesses ohne Totzeit:

Änderung der geplanten Ausregelzeit. (n p =1)

; b m = K m (1 + a m )

Die Vorhersage des Modellausgangs kann zum Beispiel

durch rekursives Einsetzen berechnet werden:

Die Gleichstellung der Änderungen in (5) und (6) führt

zu

(8)

Nach Umformen von (8) lautet die PFC-Gleichung für einen

Prozess 1. Ordnung:

…

(4)

mit

(9a)

Die Änderung des Modellausganges im Zeitpunkt

beträgt (bezogen auf den Zeitpunkt k):

Die gewünschte Änderung des Prozessausgangs beträgt

nach (1)

Mit der Annahme eines konstanten Sollwertes

gilt

(5)

(6)

(7)

; (9b)

Das Stellsignal wird in jedem Regelungsschritt – nach

dem Prinzip des gleitenden Horizonts – neu berechnet,

sodass das Stellsignal während der Regelung doch nicht

konstant bleiben muss, wie ursprünglich angenommen.

Die Bilder 4 und 5 zeigen die Wirkung der Reglerparameter.

Mit der geplanten Ausregelzeit (T c ) kann die Regelung

– auf Kosten einer größeren anfänglichen Änderung

des Stellsignals – beliebig beschleunigt werden. Durch

die Wahl von ändert sich das Stellsignal nach

einem Sollwertsprung ebenfalls sprungförmig. Eine zusätzliche

Änderung des Prädiktionshorizontes n p hat auf

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hauPTbeiTRag

biLD 5: PFC-Regelung eines PT1-Prozesses ohne Totzeit.

Änderung des Prädiktionshorizontes n p (T c =3T m )

biLD 6: PFC- und PI-Regelung eines PT1-Prozesses ohne

Totzeit (n p = 1; T c =3T m ; K PR = 0,5; T n = 0,52983s)

biLD 7: PFC- und PI-Regelung eines PT1-Prozesses ohne und

mit Totzeit

biLD 8: Aperiodisches Prozessmodell als Parallelschaltung

zweier PT1-Glieder

26

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zugt 1 gewählt werden, da sich andernfalls eine Änderung

von n p in geringem Maße auf die Regelung auswirkt.

Der Vergleich der Simulation zwischen dem PI-Regler

und dem PFC-Regler für einen Prozess 1. Ordnung ohne

Totzeit zeigt in Bild 6 für die gewählten Reglereinstellungen

ähnliche Regelgrößenverläufe. Auch wenn der

PI-Regler zu leichtem Überschwingen tendiert, erreicht

er den Sollwert fast genauso schnell. Der PFC-Regler hingegen

arbeitet stets aperiodisch.

2.2 PFC-algorithmus mit totzeit

Der Prozess und das Prozessmodell werden weiterhin

mit dem PT1-Glied (3) und mit einer zusätzlichen Totzeit

von T t bzw. T tm beschrieben. Dies entspricht d=T t /Δt bzw.

d m =T tm /Δt Abtastzeitschritten. (Sollte der Bruch nicht eine

ganze Zahl ergeben, wird der Integerteil genommen.)

Die Differenz zwischen dem totzeitbehafteten und dem

aktuellen Prozessausgang ist gleich der Differenz zwischen

dem aktuellen und dem um die Totzeit früheren

Wert des Modellausgangs:

(10)

In der Verfahrens- und Klimatechnik werden Prozesse oft

mit aperiodischem Verhalten höherer Ordnung beschrieben.

Solche Prozesse können üblicherweise als eine Parallelschaltung

von n Prozessen erster Ordnung unterschiedlicher

Zeitkonstanten beschrieben werden, wie in

Bild 8 für einen PT2-Prozess dargestellt.

Hierbei werden folgende Bezeichnungen angewendet:

Proportionalbeiwerte: K im ,

Zeitkonstanten: T im ,

Koeffizienten der Differenzengleichung:

;

Die Änderung des Modellausgangs in n p Schritten beträgt

nach (5)

(13)

Die Gleichstellung mit der Änderung des Prozessausgangs

(7) resultiert in

(14a)

Für den prädizierten, totzeitbehafteten Prozessausgang

ergibt sich daraus folgende Gleichung:

(11)

mit

; (14b)

In (9a) soll jetzt durch ersetzt werden:

und (9b) bleibt unverändert.

(12)

Bild 7 zeigt die PFC-Regelung des unter Punkt 3 beschriebenen

PT1-Prozesses, jetzt jedoch mit einer Totzeit von

T t =2s. Durch die Wahl der PFC-Reglerparameter n p =1 und

T c =3T m wird die Regelung nach einem Sollwertsprung

schnell und das Stellsignal erreicht seinen Endwert in

einem Schritt. Das Stellsignal bleibt unverändert und die

Regelgröße ist bei einem Sollwertsprung um die Totzeit

T t verschoben. Der Modellausgang ist in beiden Fällen

gleich dem Prozessausgang ohne Totzeit.

Die schnellste aperiodische PI-Regelung (K PR = 0,5;

T n = 0,52983s) ist langsamer als die PFC-Regelung. Die

PFC-Regelung könnte man auf Kosten einer größeren

Stellsignaländerung beschleunigen.

Die PFC- und PI-Regelung sind beide jeweils unempfindlich

gegenüber Parameteränderungen. Bei einer Erhöhung

des Prozess-Proportionalbeiwertes jedoch ist die

PFC-Regelung eindeutig robuster.

2.3 e rweiterung auf aperiodische Prozesse

höherer ordnung

und die einzelnen Teilmodellausgänge y im können simuliert

werden [3, 6].

Im Gegensatz zu einem PT1-Prozess wird der Prädiktionshorizont

bei aperiodischen Prozessen höherer Ordnung

im Wendepunkt der Sprungantwort gewählt [6, 4].

Im Falle einer Totzeit soll in (14a) – ähnlich wie

bei (12) – durch

(11) ersetzt werden.

3. PFC-störgrössenauFsChaltung

3.1 ohne Berücksichtigung der totzeiten

Bei der Störgrößenaufschaltung wird der zu erwartende

Einfluss einer messbaren Störung berücksichtigt, siehe

Bild 9 für ein PT1-Prozess- und Störmodell.

Das Störmodell wird mit den Parametern

Proportionalbeiwert: K zm ,

Zeitkonstante: T zm ,

Koeffizient der Differenzengleichung:

;

bezeichnet. Ferner wird angenommen, dass die Störquelle

konstant bleibt, wobei auch andere Annahmen möglich

wären. Im aktuellen Zeitpunkt kann man die durch die

Störung verursachte Ausgangsänderung ähnlich zur Änderung

des Prozessmodellausgangs in (5) vorhersagen:

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27

hauPTbeiTRag

(15)

Es wird angenommen, dass die gewünschte Änderung

des Prozessausgangs durch die Summe der Änderungen

des Prozessmodells und des Störmodellausgangs vorhergesagt

werden kann

Unter Berücksichtigung von (5), (7), (15) und (16)

(16)

(17)

und nach Umstellung von (17) wird das Stellsignal berechnet

Die Wirkung der Störung auf den Prozessausgang ist um

die zeitdiskrete Totzeit des Störmodells d zm verzögert.

Folglich kann der sich während der zeitdiskreten

Totzeit d m ergebende Zuwachs des Ausgangssignals

durch die messbare Störung berechnet werden:

In (18a) soll daher der Prozessausgang durch den Term

(19)

(20)

ersetzt werden. Des Weiteren soll in (15) das messbare

Störsignal um die zeitdiskrete Totzeitdifferenz Δd=d zm -d m

verzögert werden. Dadurch kann die um die zeitdiskrete

Totzeit d zm verzögerte Störwirkung über den Prozess, der

die zeitdiskrete Totzeit d m besitzt, kompensiert werden.

(18a)

mit

; ;

; (18b)

Die Gleichung (17) wird folgendermaßen modifiziert:

(21)

Bild 10 zeigt die Regelung des in Abschnitt 3 beschriebenen

PT1-Prozesses ohne Totzeit mit Störgrößenaufschaltung.

Der Störgrößenprozess und das

Störmodell besitzen die gleichen, jedoch vom Prozessmodell

abweichenden Parameter: Proportionalbeiwert

K z =K zm =1 und Zeitkonstante T z =T zm =2s. Die

Störung wird durch die Störgrößenaufschaltung vollständig

kompensiert.

(22)

Nach Umstellung von (22) ergibt sich das Stellsignal mit

den Reglerparametern von (18b)

3.2 mit Berücksichtigung der totzeiten

Eine Kompensation ist nur dann möglich, wenn die Totzeit

des Störprozesses T tz beziehungsweise des Störmodells

T tmz nicht kleiner ist als die Totzeit des Prozesses T t

oder des Prozessmodells T tm . Die durch das Aufschaltungsglied

von der gemessenen Störung auf das Stellsignal

wirkende Steuerung soll also eine Totzeit von T tzm -T tm

betragen, siehe Bild 11. Die zeitdiskrete Totzeit des Störprozesses

beziehungsweise des Störmodells wird mit

d z =T tz /Δt und d zm =T tzm /Δt bezeichnet.

Der Prozessausgang in (17) soll durch seinen um die

Totzeit verschobenen Wert vorausberechnet werden. Die

Wirkung des Prozessmodells wurde bereits unter (11)

angegeben. Bei Wirkung der Störung soll folgendes berücksichtigt

werden:

4. PFC-eChtzeitregelung üBer

Prozessleitsystem

(23)

Um den PFC-Algorithmus in einem System nutzen zu

können, bei dem sich dieser einfach in Regelungsstrukturen

einbinden und an die nötige Hardware-Peripherie

anbinden lässt, wurde auf der Entwicklungsebene

des Prozessleitsystems Simatic PCS7 ein PFC-Reglerbaustein

entworfen und im Echtzeitversuch mit einer

kompakten Versuchsanlage LTR-701 (siehe Bild 12) der

Firma Amira [1] erfolgreich gestestet. Die LTR-701 ist

ein Heißluftgebläse mit Strom- und Spannungsan-

28

atp edition

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iLD 9: PFC-Störgrößenaufschaltung

biLD 10: PFC-Regelung eines PT1-Prozesses ohne

Totzeit mit und ohne Störgrößenaufschaltung

biLD 11: Kompensation einer Störung unter

Berücksichtigung der Totzeiten

biLD 12: Heißluftgebläse Amira LTR-701

atp edition

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29

hauPTbeiTRag

biLD 13: Amira-LTR-701-Anlagenmodell

modellparameter

Wert

Zeitkonstante T 1m 181,73s

Proportionalbeiwert K 1m 0,525

Zeitkonstante T 2m 10,0s

Proportionalbeiwert K 2m 0,467

biLD 14: Linearer

PFC-Reglerbaustein

mit Störgrößenmodell

TAbELLE 1. Prozessmodellparameter

bei u T = 2 V und u F = 6V

modellparameter

Wert

Zeitkonstante T 1zm 123,55s

Proportionalbeiwert K 1zm -0,12

Zeitkonstante T 2zm 13,45s

Proportionalbeiwert K 2zm

-0,11

TAbELLE 2 Störmodellparameter

bei u T = 2 V und u F = 6V Wert

und die analogen Ausgabesignale (AO) zu den Aktoren

(Heizung und Gebläse) geführt. Die Mess- und Stellsignale

werden wegen der kurzen Entfernung im Labor

mit analogen Spannungssignalen von 0 bis 10V übertragen.

Für die Versuche wurden die Spannungswerte

in Prozent umgerechnet: 1V=10%.

Für die PFC-Regelung der Anlage wird das lineare

Anlagenmodell von Bild 13 betrachtet, bei dem die Temperatur

y T am äußersten Messpunkt des Rohres über die

Heizleistung (Stellsignal u T ) geregelt wird. SchwankunbiLD

15: Lineare PFC-Temperaturregelung über

Prozessleitsystem

schlüssen zum Messen und Regeln. Die Luft wird über

das Radialgebläse angesaugt und über eine Drosselklappe

zur Heizung geführt. Dort wird die Luft erwärmt

und strömt anschließend durch das Rohr. Die

Temperatur wird an zwei Stellen über Thermoelemente

gemessen (y T1 und y T2 ), und der Massenstrom wird

über die gemessene Druckdifferenz an einer Lochblende

am Ende des Rohres berechnet. Die Anlage wurde

an das Prozessleitsystem PCS7 angeschlossen. Die Sensorsignale

werden zur analogen Eingabegruppe (AI)

30

atp edition

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iLD 16: PI-Temperaturregelung über

Prozessleitsystem

biLD 17: Lineare PFC-Temperaturregelung mit

Störgrößenaufschaltung über Prozessleitsystem

gen im Luftstrom wirken sich aber auch auf die Temperatur

aus und müssen durch die Temperaturregelung

kompensiert werden.

Zwischen dem Stellsignal der Heizung (u T ) und der

Temperatur (y T ) sowie zwischen dem Gebläsestellsignal

(u F ) und der Temperatur (y T ) wurden jeweils PT2-Modelle

identifiziert [4]. Tabelle 1 fasst die Parameter des Prozess-

und Tabelle 2 die des Störmodells zusammen.

Der PFC-Reglerbaustein (Bild 14) wurde für einen

Prozess 2. Ordnung mit Störgrößenaufschaltung entworfen.

Die Eingänge des Reglerblocks wurden so gewählt,

dass je nach Arbeitspunkt die Modellparameter

angepasst werden können.

Bei dem Echtzeitversuch mit PCS7 wurde das Stellsignal

für das Gebläse bei u F =50% (5V) eingestellt. Bei

t=30s wurde der Temperatursollwert sprunghaft von 0

auf 30% geändert. Ab dem Zeitpunkt t=150s wurde das

Stellsignal des Gebläses u F stufenweise erhöht beziehungsweise

ab t=200s stufenweise gesenkt, um eine Störung

zu generieren. Die Versuchseinstellungen orientieren

sich dabei an den Arbeitspunkten bei der Identifikation

der Modellparameter.

Die Einstellungen der Reglerparameter wurden für

eine schnelle und möglichst aperiodische Regelung gewählt.

Der PFC-Regler wurde zunächst für den Vergleich

mit einem PI-Regler für einen linearen Prozess zweiter

Ordnung in einem Arbeitspunkt entworfen. Für den

PFC-Regler wurden die Reglerparameter für eine schnelle

aperiodische Regelung gewählt (n p =1 und T c = 50s). Der

PI-Regler sollte für den Vergleich ähnlich schnell regeln

können, daher wurden folgende PI-Reglerparameter für

den Echtzeitversuch bestimmt: K PR = 1; T n = 5s. Das Stellsignal

sollte nicht mehr als 20% über dem zum Sollwert

gehörenden stationärem Stellsignalwert liegen (ohne Begrenzung)

und die Überschwingung sollte nicht mehr

als 5% betragen. Das Stellsignal wurde sowohl für die

PI- als auch für PFC-Regelung dann auf 35% begrenzt.

Die PFC-Regelung (Bild 15) zeigt wie erwartet eine

schnelle und aperiodische Regelung. Die Begrenzung des

Stellsignals ist hier inaktiv. Im Vergleich zur PI-Regelung

(Bild 16) erreicht die PFC-Regelung zirka ein Drittel

schneller den Sollwert y r . Die Änderungen des Durchflusses

(durch Änderung der Gebläseleistung) als Störungen

machen sich in beiden Fällen ungefähr gleich

stark bemerkbar.

Bild 17 zeigt den Verlauf der PFC-Regelung mit Störgrößenaufschaltung.

Die Änderung des Durchflusses wird in

dem Störgrößenmodell berücksichtigt. Der Vergleich der

PFC-Regelung ohne und mit Störgrößenaufschaltung

zeigt, dass die Änderungen des Durchflusses (bei gleicher

Intensität) durch die Modellanpassung vollständig von

der Temperaturregelung kompensiert werden.

Um die Versuchsreihe in einem Bild darstellen zu können,

wurde der Beharrungszustand nach der Sollwertänderung

nicht ganz abgewartet, was am Stellsignal u T ablesbar

ist. Dies ist derart zu erklären, dass das Rohr sich

langsamer erwärmt als die Luft und daher ein verzögerter

Temperaturanstieg auf den Messfühler wirkt, welcher

durch das sinkende Stellsignal kompensiert wird.

Fazit

Ein prädiktiver Regelungsalgorithmus wurde für Eingrößensysteme

ohne und mit Störgrößenaufschaltung vorgestellt.

Die für Prozesse 1. Ordnung entwickelten Gleichungen

können einfach für aperiodische Prozesse höherer

Ordnung erweitert werden. Hierbei wird der Prozess mit

der Parallelschaltung mehrerer Teilprozesse 1. Ordnung

angenähert. Das Regelungsverhalten ist bei Vorhandensein

einer Totzeit sehr ähnlich zu einem Smith-Prädiktor,

atp edition

4 / 2011

31

hauPTbeiTRag

auTOReN

PROf. DR.-inG. RObERT HAbER

(geb. 1948) leitet das Labor für Prozessleittechnik

und Verfahrensautomatisierung

im Institut Anlagen- und Verfahrenstechnik

der Fakultät für Anlagen-,

Energie- und Maschinensysteme der

Fachhochschule Köln. Er studierte

Elektrotechnik an der Technischen

Universität Budapest, wo er seinen

Doktortitel in Regelungstechnik erworben hat. Seine

Forschungsinteressen umfassen Prozessautomatisierung,

experimentelle Identifikation, modellbasierte prädiktive

Regelung und intelligente Verfahren zur Datenanalyse.

jedoch nicht so empfindlich gegenüber Parameteränderungen.

Die Stellsignalbegrenzung führt nicht zum Integrator-Windup-Problem.

Die Einfachheit des PFC-Algorithmus ist darauf zurückzuführen,

dass die Regelgröße nur für einen zukünftigen

Punkt optimiert wird und das Stellsignal als konstant

angenommen wird.

Der hier vorgestellte PFC-Algorithmus ist in seiner

Grundform sehr einfach. Eine Erweiterung auf Kaskadenregelung

und für Zweigrößensysteme wird in [6]

vorgestellt.

MaNuSKRiPTeiNgaNg

08.03.2010

Im Peer-Review-Verfahren begutachtet

fachhochschule Köln,

Labor für Prozessleittechnik und Verfahrensautomatisierung,

betzdorfer Str. 2, D-50679 Köln,

Tel. +49 (0) 221 82 75 22 42,

E-Mail: robert.haber@fh-koeln.de

DiPL.-inG. (fH), M. EnG. MiRCO

KREuTz (geb. 1980) arbeitet seit 2010

auf dem Gebiet der energetischen

Optimierung von Heizungs-, Lüftungsund

Klimasystemen. Er hat an der

Fachhochschule Köln Anlagen- und

Verfahrenstechnik studiert und in

seinem anschließenden Masterstudium

auf dem Gebiet Regelungs- und Prozessleittechnik

mit dem Schwerpunkt prädiktive Regelung

gearbeitet.

A. nattermann & Cie GmbH,

nattermannallee 1, 50829 Köln, Tel. +49 (0) 221 50 92 11,

E-Mail: Mirco.Kreutz@sanofi-aventis.com

M. SC. KHALED zAbET (geb. 1973)

studierte Regelungstechnik und

Informatik an der Universität Nasser in

Libyen. Er erwarb seinen Master-Abschluss

von der Technischen und

Wirtschaftswissenschaftlichen

Universität Budapest im Jahr 2006. Seit

2008 ist er Stipendiat an der Fachhochschule

Köln im Labor für Prozessleittechnik

und Verfahrensautomatisierung des Instituts

Anlagen- und Verfahrenstechnik.

fachhochschule Köln,

Labor für Prozessleittechnik und Verfahrensautomatisierung,

betzdorfer Str. 2, D-50679 Köln, Tel. +49 (0) 221 82 75 22 40,

E-Mail: khaled.zabet@smail.fh-koeln.de

DaNKSaguNg

Die Verfasser danken für die Ratschläge von

Dr. J. Richalet während der Entwicklungsarbeit

und bei der Durchführung der Versuche.

ReFeReNZeN

[1] a mira: Luft- und Temperatur-Regulierstrecke LTR-701,

http://www.amira.de/neuheiten.html, 2002.

[2] Deis, W.: Optimierung mit Rundumblick. effiziente

Prozessführung endet nicht mit der schnellen Lösung

der Regelungsaufgabe, P&a, 23-25, 2009

[3] Khadir, M.T., Ringwood, J.V.: extension of first order

predictive functional controllers to handle higher order

internal models, int. J. appl. Math. Comput. Sci.,

Vol. 18, No. 2, 229–239, 2008

[4] h aber, R., Kreutz, M., Zabet, K.: PFC-(Predictive

Functional Control)-Regelung eines heißluftgebläses,

7. Fachkolloquium aaLe (angewandte automatisierung

in der Lehre und Forschung), Wien, Österreich,

S. 99-104, 2010

[5] Kuhn, u.: eine praxisnahe einstellregel für PiD-Regler:

Die T-Summen-Regel, automatisierungstechnische

Praxis, band 37, Nr. 5, S. 10-16, 1995

[6] Richalet, J., O’Donavan, D.: elementary Predictive

Functional Control, Springer Verlag, 2009

[7] Richalet, J.: Model predictive heuristic control:

applications to industrial processes, automatica,

Vol. 14, pp. 413-428, 1978

32

atp edition

4 / 2011

NEU-

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ich mit Wirkung für die Zukunft jederzeit widerrufen.

hauPTbeITraG

Engineering mit Web Services

FDT-Systeme mit modernen Technologien

Die Intelligenz moderner Feldgeräte erfordert deren flexible Erreichbarkeit im Rahmen

des Maschinen- und Anlagen-Engineerings. Mit dem Field-Device-Tool-Standard steht ein

Verfahren zur Integration von Komponenten verschiedener Hersteller in einer heterogenen

Netzstruktur zur Verfügung. Im Beitrag wird ein darauf aufbauendes Konzept der Geräteintegration

durch zusätzliche Einbeziehung von modernen Webtechnologien präsentiert.

Mit den geräteunabhängig verwendbaren Web Services wird ein universell einsetzbares

Verfahren zum Engineering von Feldgeräten zur Verfügung gestellt.

SCHLAGWÖRTER Geräteintegration / Field Device Tool (FDT) / Device Type Manager (DTM) /

Web Service / Device Profile for Web Services (DPWS)

Engineering with Web Services –

FDT Systems Using Modern Technologies

The intelligence of modern field devices requires their flexible accessibility to support the

engineering of machines and plants. Therefore, the Field Device Tool standard allows

integration of field devices supplied by different vendors within a heterogeneous network.

In the article, an advanced concept for device integration including modern web technologies

is presented. By means of device-independent Web Services, a generic procedure

for engineering field devices is provided.

KEYWORDS Device Integration / Field Device Tool (FDT) / Device Type Manager (DTM) /

Web Service / Device Profile for Web Services (DPWS)

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PETER FiSCHER, hochschule aschaffenburg;

MiCHAEL HARniSCHFEGER, RALF nEubERT, JÖRG KniERRiEM, Schneider electric automation

Die Automatisierungstechnik in komplexen Maschinen

und Anlagen ist gekennzeichnet durch

eine heterogene Systemstruktur unter Einbeziehung

von immer intelligenteren Feldgeräten.

Mit der stetig gewachsenen Leistungsfähigkeit

der Mikroprozessortechnik ist eine kontinuierliche

Funktionserhöhung in diesen Feldgeräten zu beobachten.

Die zunehmende Funktionalität äußert sich

darin, dass der Anwender über zusätzliche Prozessdaten

und Diagnoseinformation verfügen kann. Ferner steigt

die Anzahl bereitgestellter Parameter, die für die konkrete

Applikation des Feldgerätes adaptiert werden können.

Im Rahmen der jeweiligen Anwendung kann damit

jedes Gerät gezielt bei der Inbetriebnahme und der späteren

Anlagen- und Maschinenbetreuung konfiguriert

und parametriert werden. Weiterhin eröffnen die zunehmend

zur Auswahl stehenden vielfältigen Diagnoseinformationen

und Prozessdaten ein Optimierungspotenzial

beim Betrieb der Maschine oder Anlage. Die flexible

und effiziente Erreichbarkeit dieser verteilt angeordneten

Automatisierungskomponenten unterschiedlicher

Hersteller von zentraler Stelle über ein Netzwerk – wie

in Bild 1 dargestellt – ist dabei eine wichtige Voraussetzung

für effiziente Arbeitsabläufe bei der Inbetriebnahme

und der technischen Betreuung von automatisierungstechnischen

Systemen. Eine Standardisierung des

Zugriffsverfahrens ist für die Akzeptanz von Seiten der

Anlagen- und Maschinenbauer und -betreiber in der heterogenen

Gerätewelt verschiedener Hersteller von großer

Bedeutung.

Die Entwicklung des FDT/DTM-Standards (Field Device

Tool/Device Type Manager) berücksichtigt diese

Anforderungen. Es handelt sich dabei um ein standardisiertes

herstellerübergreifendes Verfahren zur Konfiguration,

Parametrierung und Diagnose von Feldgeräten.

Nach diesem Standard stellt ein Hersteller für jedes Feldgerät

ein zugeordnetes Software-Werkzeug mit standardisierten

Schnittstellen, den Device Type Manager

(DTM), zur Verfügung. Sämtliche DTM können auf einem

Arbeitsplatzrechner gemeinsam in einem weiteren

standardisierten Software-Werkzeug, der Rahmenapplikation,

integriert und dort ausgeführt werden. Damit

wird ein einfacher Zugriff von einem gemeinsamen Programmsystem,

welches auf einem mit der Maschine beziehungsweise

Anlage vernetzten Arbeitsplatzrechner

betrieben wird, auf sämtliche ebenfalls vernetzte Feldgeräte

gewährleistet.

Mit der Durchdringung aller technischen Systeme

durch das World Wide Web werden auch die damit

verbundenen Technologien für die Kommunikation zwischen

Automatisierungsgeräten relevant. In diesem

Beitrag wird ein Ansatz aufgezeigt, wie die Technologie

der Web Services den FDT/DTM-Standard ergänzen und

zu einer weitergehenden Harmonisierung mit allgemeinen

Entwicklungen der Web-Technologie beitragen

kann. Aufgrund der begrenzten Ressourcen von Feldgeräten

kommt dabei ein spezielles Profil, das Device

Profile for Web Services (DPWS) zum Einsatz, welches

an die Anforderungen von eingebetteten Systemen angepasst

ist. Nach einer dynamischen „Erkundung“ der

angebotenen Dienste der Feldgeräte in einem vernetzten

Automatisierungssystem mittels DPWS eröffnen Web

Services ein generisches Kommunkationskonzept zur

Nutzung universeller Dienste beim Fernzugriff auf dezentrale

Feldgeräte.

1. Technologische grundlagen

1.1 FdT/dTM-Technologie

Field Device Tool (FDT) beschreibt eine standardisierte

Softwareschnittstelle für die Kommunikation innerhalb

eines vernetzten Systems dezentraler Automatisierungskomponenten.

Das grundsätzliche Konzept dieses Standards

inklusive der zugehörigen Abläufe zeigt Bild 2.

Jedem Feldgerätetyp ist an zentraler Stelle ein Device

Type Manager (DTM) zugeordnet, der auch als externer

Bestandteil des Feldgerätes betrachtet werden kann und

vom Feldgerätehersteller beigestellt wird. Bei einem solchen

Geräte-DTM handelt es sich um eine Softwarekomponente

mit einer standardisierten Schnittstelle nach

atp edition

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35

hauPTbeITraG

biLD 1:

Zentrales

Engineering via

Netzwerk in

Maschinen und

Anlagen mit

dezentraler

Intelligenz

biLD 2: FDT/DTM-Systemübersicht

biLD 3: Web-Service-Kommunikationsmodell (links) und DPWS-Kommunikationsmodell (rechts)

36

atp edition

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FDT, welche gemeinsam mit allen Geräte-DTM in eine

übergeordnete, ebenfalls standardisierte Softwarekomponente,

der Rahmenapplikation eingebettet wird. Ein

Geräte-DTM lässt sich wie ein dem spezifischen Feldgerät

zugeordneter „Softwaretreiber“ verstehen, über den

typische Engineering- und Betreuungsaufgaben wie Parametrierung,

Konfiguration und Überwachung durchgeführt

werden können.

Ferner definiert der FDT-Standard zwei weitere Arten

von DTM, den Kommunikations-DTM (CommDTM)

und optional den Gateway-DTM, als weitere Softwarekomponenten

in einer Rahmenapplikation. Der

Kommunikations-DTM bildet die Schnittstelle zur

Netzwerkanbindung. Um auch die Unterstützung von

Feldgeräten mit unterschiedlichen Busprotokollen in

einer Maschine oder Anlage zu gewährleisten, müssen

bedarfsweise einer oder mehrere Gateway-DTM vorgesehen

werden.

Der FDT-Standard definiert die Struktur der Kommunikation

zwischen allen DTM sowie der übergeordneten

Rahmenapplikation und gewährleistet damit eine Hersteller-

und Geräteunabhängigkeit. Sämtliche Operationen,

die zwischen den DTM und der Rahmenapplikation

angeboten und verwendet werden, sind festgelegt. Die

technische Umsetzung der Kommunikation zwischen

den DTM und der Rahmenapplikation erfolgt durch den

Austausch von Textdokumenten mit strukturierten Datensätzen.

Dabei findet der XML-Standard (Extensible

Markup Language) Verwendung, wobei die Struktur und

der Inhalt der Dokumente im FDT-Standard definiert

sind. Im Detail muss zwischen Dokumentbestandteilen

unterschieden werden, die entweder den DTM oder das

Protokoll betreffen. Die protokollspezfischen Bestandteile

sind dabei außerhalb des FDT-Standards in einem

Annex für das Busprotokoll festgelegt, welches zur Gewährleistung

der Interoperabilität ebenfalls vom FDT-

Gremium erstellt wird.

Damit nun ein Feldgerät vom zentralen Arbeitsplatzrechner

zur Durchführung einer Parametrierung oder

Ähnlichem angesprochen werden kann, muss jedem

Geräte-DTM vom Kommunikations-DTM ein Kommunikationskanal

zugeordnet werden. Bei der nun vorzunehmenden

Parametrierung wird vom Geräte-DTM, der

einem Feldgerät zugeordnet ist, nach der manuellen

Eingabe der Daten ein standardkonformes XML-Dokument

erzeugt und an den Kommunikations-DTM weitergeleitet.

Der Kommunikations-DTM wertet das Dokument

aus und verpackt die Information in Nachrichtenpakete

nach dem Standard des angeschlossenen

Bussystems. Diese Nachrichtenpakete werden nun über

das Netzwerk versandt und nach dem Erhalt vom Feldgerät

ausgewertet. Anschließend wird im Feldgerät die

gewünschte Maßnahme, also zum Beispiel die Parametrierung,

ausgeführt. In umgekehrter Weise erfolgt eine

Kommunikation vom Feldgerät zum Geräte-DTM. Dazu

wertet der Kommunikations-DTM vom Feldgerät empfangene

Nachrichtenpakete aus und erstellt daraus

ebenfalls ein standardkonformes XML-Dokument, welches

dem zugehörigen Geräte-DTM zur weiteren Behandlung

(beispielsweise Visualisierung) zur Verfügung

gestellt wird,

Wenn die Netzwerkstruktur heterogen ausgeführt

ist, müssen die Nachrichten auch systemübergreifend

an verschiedene Busstandards angepasst werden. Diese

Anpassung wird in der Rahmenapplikation über

einen Gateway-DTM vorgenommen, der bedarfsweise

zwischen Geräte-DTM und Kommunikations-DTM

integriert wird. Der Gateway-DTM erhält von jedem

zugeordneten Geräte-DTM ebenfalls ein XML-Dokument,

welches nach dem Kommunikationsstandard

des Bussystems aufgebaut ist, mit dem das zugeordnete

Feldgerät arbeitet. Entsprechend der Aufgabe eines

Gateways wird dieses Dokument in den Standard des

an den Arbeitsplatzrechner angeschlossenen Bussystems

konvertiert und an den Kommunikations-DTM

zur weiteren Bearbeitung weitergereicht. Beim Transport

der Nachrichten im Netzwerk werden diese von

Gateways wiederum in den Busstandard des relevanten

Feldgerätes umgesetzt.

1.2 device Profile for Web services (dPWs)

Die Technologie der Web Services basiert auf dem Konzept

der serviceorientierten Architektur (SOA). Darunter

versteht man ein Konzept einer Softwarearchitektur

im Bereich der verteilten Systeme auf einer abstrakten

und damit von der konkreten technischen Umsetzung

losgelösten Ebene. Mit einer service-orientierten Architektur

sollen Mechanismen zur Verfügung gestellt werden,

um allgemeine Dienste im Netzwerk entweder

suchen, nutzen oder auch anbieten zu können. Aufgrund

der Loslösung von der konkreten technischen

Umsetzung ist es unerheblich, welche Hardware, Software,

Programmiersprache oder welches Betriebssystem

bei den einzelnen Systemen zum Einsatz kommt.

Der große Vorteil dieses Konzeptes: die Unabhängigkeit

von der jeweiligen technischen Implementierung und

eine Konzentration auf den betrachteten Prozess und

die damit verbundenen Dienste. Im Detail erfolgt die

Spezifikation einer SOA durch die Festlegung der Kommunikation,

die Beschreibung eines Dienstes und eines

Verzeichnisdienstes.

Eine Implementierung einer SOA ist durch die Einführung

von Web Services (WS) bereitgestellt worden.

In Bild 3 (links) sind das Kommunikationsmodell und

die verwendeten Technologien von Web Services dargestellt.

Die Architektur von Web Services basiert auf einem

Dienstanbieter, einem Dienstnutzer und einem Verzeichnisdienst.

Zunächst müssen angebotene Dienste

vom Dienstanbieter in einem Verzeichnisdienst veröffentlicht

werden. Ein potenzieller Dienstnutzer kann im

Verzeichnisdienst nach benötigten Diensten suchen. Zu

jedem vorhandenen Dienst wird eine Beschreibung der

Eigenschaften des Dienstes geliefert. Mit dieser Information

ist es dem Dienstnutzer nun möglich, den gefundenen

Dienst entsprechend der exakten Spezifikation beim

Dienstanbieter anzufordern.

Als standardisierter Verzeichnisdienst kommt das

Universal Description, Discovery and Integration Protocol

(UDDI) zum Einsatz. Diese Technologie beschreibt

einen standardisierten Verzeichnisdienst für Web Services.

Zur Beschreibung eines Web Services wird als

Standard die Web Service Description Language (WSDL)

vorgegeben. Es handelt sich hierbei auch um eine Beschreibungssprache

auf der Grundlage von XML-Dokumenten,

die den Dienst, seine Funktionen und die Anbindungen

an spezielle Nachrichtenprotokolle spezifizieren.

Das Simple Object Access Protocol (SOAP) ist ein

Nachrichtenformat für die Kommunikation über ein

Transportprotokoll. Die zu übertragene Information ist

auch hier in XML codiert.

atp edition

4 / 2011

37

hauPTbeITraG

Das Grundprinzip von Web Services ist durch eine

Modularität gekennzeichnet, die es erlaubt, verschiedene

Spezifikationen, welche für ein bestimmtes Anwendungsgebiet

gültig sind, nach einem Baukastenprinzip

beliebig zusammenzusetzen, bei gleichzeitiger Gewährleistung

der Interoperabilität.

Um die Architektur der Web Services auch auf Feldgeräteebene

in der Automation nutzen zu können, wurde

der Standard Device Profile for Web Services (DPWS)

eingeführt. Dieser Standard berücksichtigt die speziellen

Anforderungen bei der Implementierung in verteilt

angeordneten eingebetteten Systemen mit ihren eingeschränkten

Ressourcen. Bei der Spezifikation dieses

Profils wurde daher nur eine Teilmenge aus den bestehenden

Web Service Spezifikationen berücksichtigt, die

speziell für den genannten Einsatz in der Automatisierungstechnik

von Bedeutung sind. Ergänzend wurden

neue Festlegungen für die in der Automatisierungstechnik

gegebenen Anforderungen aufgenommen, die bisher

in der Spezifikation der Web Services noch nicht vorgesehen

waren.

Im Detail sind abweichend vom Konzept der allgemeinen

Web Services bei DPWS folgende Besonderheiten

eingeführt worden:

Discovery statt Verzeichnisdienst (WS-Discovery)

Der zentrale Verzeichnisdienst wird durch ein „Discovery“

ersetzt. Dabei handelt es sich um Mechanismen

zum dynamischen Identifizieren von Geräten

und deren angebotenen Web Services (Bild 3,

rechts). Zu Beginn wird eine Suchanfrage (Probe)

nach einem bestimmten Dienst über eine Discovery-

Nachricht in das Netzwerk ausgesendet (Multicast).

Alle Geräte, die den gesuchten Dienst anbieten können,

senden eine Antwort (Probe Match) an den

Suchenden zurück. Dieser kann daraufhin eine Beschreibung

des Web Services in Form einer WSDL-

Datei von den in Frage kommenden Dienstanbietern

anfordern. Auf der Grundlage einer solchen Beschreibung

kann der Dienstnutzer daraufhin jeden

angebotenen Dienst nutzen. Ein weiteres wichtiges

Funktionsmerkmal des „Discovery“ besteht darin,

dass jeder Netzwerkteilnehmer dynamisch über

hinzugefügte oder entfernte Geräte im Netzwerk

informiert wird und dadurch die Integration von

neuen Geräten in eine Maschine oder Anlage in

einfacher Weise realisiert werden kann (Plug-and-

Play-Prinzip).

Erweiterung um ereignisbasierte Kommunikationsmechanismen

(WS-Eventing)

Es werden Ereignisdienste vorgesehen (Bild 4), die

von einem Dienstnutzer abonniert werden können

(Subscription). Eine Benachrichtigung erfolgt vom

Dienstanbieter nur dann, wenn das spezielle Ereignis

(Event) auch eintritt. Insbesondere bei sporadisch

auftretenden Ereignissen wie zum Beispiel

einer Grenzwertüberschreitung reduziert man damit

den Datenverkehr im Vergleich zu einer ansonsten

zyklisch benötigten Abfrage (Polling) erheblich.

Bild 5 verdeutlicht das resultierende Schichtenmodell

der DPWS-Architektur unter Einbeziehung der verschiedenen

Spezifikationen. Ethernet beziehungsweise

TCP/IP und UDP stellen dabei die Grundlage der Kommunikation

in den unteren Schichten über das Nachrichtenprotokoll

SOAP dar. In den darüberliegenden

Schichten werden die bestehenden Web-Service-Spezifikationen

für die Adressierung (WS-Addressing), die

Sicherheitsmechanismen (WS-Security) und spezielle

Nutzungsrichtlinien (WS-Policy) behandelt. Dies bildet

die Basis für die bereits genannten Mechanismen (WS-

Discovery, WS-Eventing) sowie den Austausch von Metadaten

(WS-Transfer/WS-MetadataExchange).

2. generische implementierung eines Prototypen

Ein flexibles generisches Konzept zur Kombination der

Web-Service-Technologie mit dem FDT/DTM-Standard

zeigt Bild 6. Der prototypische Ansatz beinhaltet einen

Kommunikations-DTM (CommDTM) und einem generischen

Geräte-DTM (Device-DTM) für die Interaktion mit

einem Web-Service-fähigen Feldgerät.

2.1 Kommunikation

Über den Kommunikations-DTM wird der Datenaustausch

mit Web Services realisiert. Dabei stellt der

Kommunikations-DTM jedem mit ihm verknüpften

Geräte-DTM einen eigenen Kommunikationskanal

(Channel) zur Verfügung. Aufgabe des Kommunikations-DTM

ist zum einen die Ausführung der FDT-

Kommunikation zu anderen Geräte-DTM und der Rahmenapplikation.

Zum anderen wird über einen DPWS-

Stack der Nachrichtenaustausch des Geräte-DTM über

DPWS-Dienste (zum Beispiel dynamische Suche nach

Geräten und Diensten und so weiter) ermöglicht. Dazu

ist im Kommunikations-DTM ein Kommunikations-

Manager vorgesehen, der die Verwaltung der Verbindungen

zu den einzelnen Geräte-DTM übernimmt und

die von den verknüpften Geräte-DTM abonnierten Ereignisse

verwaltet beziehungsweise weiterleitet. Ferner

fungiert der Kommunikations-Manager auch als eine

einheitliche Anbindungschnittstelle für eine zentrale

Integration des DPWS-Stacks.

Dem DPWS-Stack obliegt dann die eigentliche Anbindung

an die Hardware-Kommunikation im Netzwerk zur

Ausführung der Web Services. Zur Implementierung

wird das DPWS Core Toolkit der Open Source Initiative

SOA4D [7] verwendet. Dieses Toolkit dient im Allgemeinen

zur Generierung des Quellcode-Rahmens einer Web-

Service-Schnittstelle für ein Feldgerät mittels einer

WSDL-Beschreibung. Dabei ist der Rahmen fest an den

Funktionsumfang des Gerätes durch die WSDL gebunden.

Nach der Generierung eines Stacks werden die gerätespezifischen

Prozesse in die starre Kommunikationsstruktur

des vorgefertigten Rahmens implementiert. Um

eine dynamische, für FDT notwendige Kommunikationsstruktur

zu erreichen, wird ausschließlich der generische

Funktionsumfang genutzt, der wiederum vom

Toolkit zur Verfügung gestellt wird.

Wie bereits erwähnt, erfolgt die Kommunikation

über die FDT-Schnittstelle über den Austausch standardisierter

XML-Dokumente, deren Struktur und

Inhalt in einem Annex für verschiedene Busprotokolle

festgelegt und über die FDT-Organisation verabschiedet

wurden. Da noch kein Annex für DPWS existiert,

wird an dieser Stelle eine eigene Definition der

Strukturen und der Inhalte der auszutauschenden

38

atp edition

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iLD 4: Ereignisbasierte Kommunikation (Eventing)

zur Reduzierung des Datenverkehrs im Netzwerk

biLD 5: Schichtenmodell der DPWS-Architektur

biLD 6:

Übersicht des

Systemkonzepts

atp edition

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39

hauPTbeITraG

biLD 7:

Prototypischer

Demonstrator

mit Web Service

Nachrichten unter Berücksichtung bereits existierender

Annexe und der vorgegebenen Grundstruktur des

FDT-Standards vorgenommen.

2.2 generischer device Type Manager

Um ein beliebiges Feldgerät via Web-Service-Interface

ansprechen und verwenden zu können, wird ein Geräte-DTM

mit universeller Funktionalität benötigt. Unter

Verwendung einer Beschreibung in WSDL wird ein generisches

Verhalten erreicht, sodass alle verfügbaren

Dienste von Feldgeräten dem Anwender zugänglich gemacht

werden.

Um dieses generische Verhalten zu erreichen, muss

dem Geräte-DTM zu Beginn mitgeteilt werden, wo eine

solche WSDL-Datei für die im Netzwerk erreichbaren

Feldgeräte zu finden ist. Anschließend wird diese Gerätebeschreibung

analysiert und eine Liste der verfügbaren

Dienste erstellt. In einer grafischen Benutzerschnittstelle

(GUI) wird dazu in einem Auswahlmenü „Service

Management“ diese Liste der zur Verfügung stehenden

Dienste zur Auswahl angezeigt. Nach Auswahl eines

Dienstes wird entsprechend der Nachrichtenart auf den

Bereich Exchange Management für den synchronen oder

Event Management für ereignisbasierten Datenaustausch

weitergeleitet. In diesen beiden Bereichen werden bedarfsweise

weitere Einstellungsmöglichkeiten für die

Nutzung des Dienstes abgefragt. Eine sinnvolle editierbare

Vorbelegung kann dabei den Eingabeaufwand des

Anwenders reduzieren.

Ein generisches Geräte-Management ermöglicht das

flexible Anlegen und dauerhafte Speichern von diversen

Geräteprofilen. Ein einzelnes Profil enthält die nötige

Information, um ein Gerät eindeutig im Netzwerk ansprechen

zu können. Zusätzlich kann im Profil der Speicherort

der WSDL-Datei hinterlegt werden. Durch das

Geräte-Management kann der Geräte-DTM effizient für

unterschiedliche Geräte adaptiert werden.

Bei einem solchen Konzept ist es möglich, ein Geräte-DTM

generieren zu lassen, bei welchem der Hersteller

nur die Benutzeroberfläche an die Dienste des entwickelten

Gerätes anpassen muss, die durch die Analyse

der WSDL-Datei angeboten werden. Der Vorteil

hierbei für den Hersteller ist eine schnelle und einfache

Erstellung von gerätespezifischen DTM, ohne dabei

tiefgreifendes Fachwissen im Bereich FDT/DTM

zu benötigen. Ferner kann die Oberfläche ohne großen

Aufwand an kundenspezifische Anforderungen oder

direkt vom Kunden selbst individuell angepasst werden.

Denkbar ist mit diesem Konzept, dass neben der

Gerätebeschreibung auch die Information zur Beschreibung

der Benutzeroberfläche direkt im Gerät

oder an einem zentralem Ort abgelegt wird. Damit

würde sich die Möglichkeit ergeben, nur mit einem

einzigen universellen Geräte-DTM alle Feldgeräte konfigurieren

zu können, ohne dass Abstriche bei den

individuellen Benutzeroberflächen der verschiedenen

Geräte gemacht werden müssen.

2.3 Prototypischer demonstrator

Der Aufbau des prototypischen Demonstrators (Bild 7)

besteht aus einem Arbeitsplatzrechner, auf welchem

eine FDT-Rahmenapplikation mit den erstellten Softwarekomponenten

(DTM) installiert ist. Das Netzwerk

wird in einer Minimalkonfiguration durch einen Switch

implementiert. Als Feldgeräte stehen mehrere intelligente

Ein-/Ausgabe-Module (Advantys STB von Schneider

Electric) zur Verfügung. Die Module sind für diese

Anwendung mit einer prototypisch implementierten

Kommunikationsschnittstelle für Device Profile for Web

Service (DPWS) ausgestattet. Zusätzlich ist es möglich,

über weitere PC-Systeme den Demonstrator um virtuelle

Testgeräte zu erweitern.

In Verbindung mit den dezentralen Feldgeräten können

hier vorhandene Dienste (zum Beispiel Abfragen von binären

Eingängen und Setzen von binären Ausgängen)

zunächst per WS-Discovery erkundet und anschließend

angewandt werden. Ferner können auch Events (beispielsweise

die Änderung des Signalwertes am binären

40

atp edition

4 / 2011

Eingang) vom Feldgerät abonniert werden. Gerade diese

Möglichkeit ist für automatisierungstechnische Anwendungen

von Bedeutung, da die Information über das Ereignis

unmittelbar bei gleichzeitiger Minimierung des

Kommunikationsaufwandes übertragen werden kann.

3. ZusaMMenFassung und ausblicK

FDT ist ein wichtiger Standard in der Automatisierungstechnik,

der die gleichzeitige Integration von Geräten an

unterschiedlichen Feldbussen und von verschiedenen

Herstellern erlaubt. Im Rahmen einer Kooperation zwischen

der Hochschule Aschaffenburg und Schneider

Electric wurde in einer Masterarbeit das vorgestellte generische

Konzept unter Einbeziehung der Web-Service-

Technologie entwickelt. Dieses knüpft an die bestehenden

Standards an und erlaubt gerade durch den stetigen Übergang

vom herkömmlichen Feldbus zur Ethernet-basierten

Kommunikation in Automatisierungssystemen eine einfachere

Integration in IT-Systeme.

Zur Zeit wird die nächste Version der FDT-Spezifikation,

FDT 2, unter Nutzung neuer Technologien wie

Microsoft .NET erstellt. Dabei stehen auch die Vereinfachung

und Optimierung des bisherigen Standards

unter Berücksichtigung der Erfahrungen der letzten

Jahre im Fokus. Hauptbestandteil der neuen Spezifikation

ist dabei der Umstieg von COM und ActiveX basierten

DTM auf die .NET und WCF (Windows Commu-

nication Foundation) Technologie. Mit dem zukünftigen

auf .NET basierenden FDT-Standard und der damit einhergehenden

Unterstützung von Web Services wird die

Umsetzung von DTM, die Web Services nutzen, weiter

erleichtert.

ManuSKrIPTeInGanG

17.08.2010

reFerenzen


[1] Simon, r..: Field Device Tool - FDT. oldenbourg Wissenschaftsverlag,

München 2005

[2] Melzer, I.: Service-orientierte architekturen mit Web Services: Konzepte

- Standards - Praxis. Spektrum akademischer Verlag, heidelberg 2008

[3] Francois, J., Mensch a., Smit h..: Service-oriented Device Communications

using the Devices Profile for Web Services. Ieee – aInaW ‚07. 21st International

Conference, Mai 2007

[4] FDT Joint Interest Group Guideline: FDT Inteface Specification Version 1.2.1,

März 2005. http://www.fdtgroup.org/de/documents/technical-documents.html

[5] W3C Working Group note: Web Service architecture, Februar 2004.

http://www.w3.org/Tr/ws-arch/

[6] o a SIS Standard: Device Profile for Web Services Version 1.1, Juli 2009.

http://docs.oasis-open.org/ws-dd/dpws/wsdd-dpws-1.1-spec.html

[7] Soa4D (Service-oriented architecture for Devices) open-Source Initiative.

http://www.soa4d.org

auToren

DiPL.-inG. (FH) MiCHAEL HARniSCHFEGER,

M. EnG. (geb. 1985), hat an der Hochschule

Aschaffenburg im Rahmen des Masterstudiengangs

Elektro- und Informationstechnik in Kooperation

mit der Firma Schneider Electric Automation seine

Master-Thesis zum Thema Geräteintegrations- und

Web-Technologien erstellt.

Schneider Electric Automation GmbH,

Steinheimer Straße 117, D-63500 Seligenstadt,

Tel. +49 (0) 6182 81 24 40,

E-Mail: michael.harnischfeger@de.schneider-electric.com

PROF. DR.-inG. PETER FiSCHER (geb. 1963) vertritt

an der Hochschule Aschaffenburg in der Fakultät

Ingenieurwissenschaften die Fachgebiete Automatisierungstechnik

und Prozessdatenverarbeitung.

Die Schwerpunkte seiner Arbeiten liegen in der

Anwendung eingebetteter Systeme für automatisierungstechnische

Aufgabenstellungen sowie in

deren übergeordneten Integration in vernetzten

Systemen.

Hochschule Aschaffenburg,

Würzburger Str. 45, D-63743 Aschaffenburg,

Tel. +49 (0) 6021 31 48 93,

E-Mail: peter.fischer@h-ab.de

DiPL.-inG. (Tu) RALF nEubERT (geb. 1970), Director System

Architectures and Interoperability bei der Schneider Electric

Automation GmbH in Seligenstadt, ist im Unternehmensbereich

Industrie für Kommunikationsschnittstellen der Automatisierung,

für System-Architekturen und Interoperabilität zuständig. Im

Rahmen des EcoStruxure-Programmes im gesamten Schneider-

Electric-Konzern betreibt er die Definition und Einführung von

Service-orientierten Architekturen (SOA) und Web-Service-basierten

Schnittstellen für Lösungen zwischen verschiedenen Geschäftsfeldern

Industrie, Gebäudeautomation, Energieverteilung und IT.



Tel: +49 (0) 6182 81 2521,

E-Mail: ralf.neubert@de.schneider-electric.com

DiPL.-inG. (FH) JÖRG KniERRiEM (geb. 1974), Senior Developer/

Technical Architect bei der Schneider Electric Automation GmbH in

Seligenstadt. Die Schwerpunkte seiner Arbeiten liegen im Erstellen

von Architekturen für die Geräteintegration in Automatisierungssysteme

von Schneider Electric und die Mitarbeit in Standardisierungsgremien

wie zum Beispiel FDT/DTM für die Geräteintegration.



Tel: +49 (0) 6182 81 21 40,

E-Mail: joerg.knierriem@de.schneider-electric.com

atp edition

4 / 2011

41

HAUPtbEItrAG


für flexible Automation

Generierung grafischer Benutzeroberflächen

Die Erstellung grafischer Benutzeroberflächen für flexible Automatisierungssysteme ist

ein zeitaufwendiger und kostenintensiver Prozess. Geräteintegrationstechnologien wie

EDDL und FDT/DTM bieten bereits eine erste Hilfestellung zur Integration unterschiedlicher

automatisierungstechnischer Komponenten in einen bestehenden Anlagenverbund

und zur Erstellung einer initialen Visualisierung. Dies ist jedoch häufig von Einschränkungen

geprägt. Der Beitrag beschreibt einen Ansatz, der eine weitgehend plattformunabhängige

Plug-and-Play-Geräteintegration und eine darauf basierende automatisierte

Generierung grafischer Benutzeroberflächen ermöglicht.

SCHLAGWÖRTER Plug-and-Play-Geräteintegration / Maschinenvisualisierungen / HMI /

Anlagen-Engineering

Plug and Play Visualization for Flexible Automation –

Generation of Graphical User Interfaces

Development of graphical user interfaces for flexible automation systems is a tedious and

pricy process. Device integration technologies such as EDDL and FDT/DTM help to integrate

field devices into an existing plant and to create an initial graphical user interface.

But they undergo several restrictions. The paper describes an approach for extensively

platform-independent field device integration and a subsequent automated generation of

graphical user interfaces.

KEYWORDS Plug-and-Play-Device-Integration / Graphical User Interfaces /

Manufacturing Systems Engineering

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C. BRECHER, D. KOLSTER, W. HERfS, rWtH Aachen

S. JEnSEn, M. PLEßOW, Gesellschaft zur Förderung angewandter Informatik e. V.

Die Forderung, einmal entwickelte mechatronische

Komponenten wiederzuverwenden, und

die Möglichkeit, diese flexibel miteinander zu

kombinieren, hat zu einer verstärkten Modularisierung

von Produktionsanlagen geführt. Die

Komponenten, speziell Sensoren und Aktoren, müssen

hierfür möglichst reibungslos in das Gesamtsystem integriert

werden. Dabei gestaltet sich insbesondere die

spezifische Integration von Drittanbieter-Komponenten

oftmals aufwendig.

Die Inbetriebnahme komplexer Produktionsanlagen

ist daher primär durch den Zeitaufwand zur Projektierung

und zum Test der geforderten Funktionalität im Zusammenspiel

mit ihren mechatronischen Komponenten

bestimmt. Dazu zählt auch die Erstellung einer Mensch-

Maschine-Schnittstelle (HMI/Anlagenvisualisierung)

und deren Integration in übergeordnete Systeme zu Überwachungs-

und Steuerungszwecken. Die Erstellung einer

adäquaten Erstvisualisierung zur Inbetriebnahme einer

Anlage ist für den Anlagenbauer und für den Komponentenhersteller

eine zeit- und kostenintensive Aufgabe. Änderungen

der Anlagentopologie haben gleichzeitig eine

manuelle Anpassung der grafischen Benutzerschnittstelle

zur Folge. Die dadurch verursachten Kosten zur Erstellung

der Visualisierung/HMI machen nicht selten 20%

der Gesamtkosten einer Automatisierungslösung aus [2].

Zielsetzung einer Plug-and-Play-

Maschinenvisualisierung

Im Sinne der Kostenreduktion und Zeiteinsparung wäre

ein Verfahren zur Inbetriebnahme von mechatronischen

Komponenten optimal, das den aus der Informationstechnologie

bekannten Ansätzen des Plug-and-Play folgt, und

zur Kostenreduzierung durch geringeren Arbeitsaufwand

für Anlagenbauer beziehungsweise Anlagenbetreiber beiträgt.

Hierbei müssen neue Geräte automatisch identifiziert

und deren Gerätefunktionen dem Benutzer zur Verfügung

gestellt werden. Die Gerätefunktionen müssen

unter anderem einer Spezifikation (zum Beispiel UPnP[1])

genügen und sollten im internen Speicher des Geräts abgelegt

werden. Für die Automatisierungstechnik müsste

ein solches Verfahren zusätzlich für die automatische

Bereitstellung einer funktionsfähigen Gerätevisualisierung

zur Anlagensteuerung und -überwachung beim Anschluss

eines Geräts sorgen.

Anforderungen an ein Plug-and-Play-System

Um ein solches Verfahren in der Automatisierungstechnik

umsetzen zu können, wurden Anforderungen an die

zu integrierenden Komponenten formuliert. Diese konnten

bereits im Wesentlichen aus verfügbaren Plug-and-

Play-Verfahren abgeleitet werden:

Neu angeschlossene Geräte müssen automatisch

erkennbar und eindeutig identifizierbar sein.

Für jedes Gerät müssen die seinen Funktionen

zugeordneten Signale beschrieben werden.

Auf Gerätesignale muss auf elektronischem Wege

ein Zugriff realisierbar sein.

Für jedes Gerät muss eine maschinenlesbare

Beschreibung einer Visualisierung seiner Signale

verfügbar sein.

Die letzte Anforderung geht über die heutigen Funktionen

verfügbarer Plug-and-Play-Verfahren hinaus. Sie bildet

die Grundlage dafür, dass eine Visualisierung für die Anlage

und die angeschlossenen Geräte in Abhängigkeit von

der konkreten Anlagenkonfiguration automatisch erzeugt

und bereitgestellt werden kann.

Konzept zur Umsetzung einer


Die genannten Anforderungen sollen das automatische

Erkennen von Topologie-Änderungen und die Extraktion

von Geräteinformationen aus angeschlossenen Komponenten

ermöglichen. Dabei müssen die Geräteinformationen

in einer Form vorliegen, die eine automatische Integration

der Gerätefunktionalität und der Gerätevisualisierung

zulässt. Diese Form der Geräteinformationen wird

hier als Erweiterte Elektronische Gerätebeschreibung

(EEDD) bezeichnet, da sie gegenüber üblichen Gerätebeschreibungen

die Möglichkeiten zur Visualisierungsbe-

atp edition

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43

HAUPtbEItrAG

schreibung deutlich erweitert. Für die Integration der

Gerätefunktionen und Gerätevisualisierungen unter Verwendung

der in der EEDD enthaltenen Informationen

werden spezielle Softwarekomponenten benötigt.

In Bild 1 sind die Bestandteile des Integrationskonzeptes

sowie verschiedene Aktivitäten und Kommunikationswege

dargestellt (vergleiche auch [14]).

Automatisierungstechnische Geräte stellen eine Erweiterte

Elektronische Gerätebeschreibung (EEDD) für sich

oder andere Geräte bereit (1). Wird ein neu angeschlossenes

Gerät erkannt, so wird die EEDD automatisch extrahiert.

Alternativ kann die EEDD von einem Zweitgerät oder einer

zentralen Datenbank bereitgestellt werden. Steht keine Gerätebeschreibung

zur Verfügung, wird das Gerät für eine

manuelle Integration vorgemerkt. Aus der EEDD werden

Informationen über das Gerät in das Maschineninformationsmodell

(MiM) übernommen (2). Das MiM dient zum

einen der Geräteverwaltung, zum anderen bindet es die

Gerätesignale über verschiedene Kommunikationsprotokolle

an (3). Dies erzeugt eine einheitliche Kommunikationsschnittstelle

gegenüber der Visualisierung, sodass diese

nur über eine Prozesskopplung mit dem Maschineninformationsmodell

kommuniziert (4). Die Beschreibung der

Gerätevisualisierung kann ebenfalls aus der EEDD entnommen

werden (5). Diese enthält sowohl strukturelle Informationen

über die Gerätevisualisierung als auch wiederverwendbare

Visualisierungselemente inklusive Schnittstellendefinitionen.

Im Visualisierungsmodell (ViM) sind

diese Informationen strukturell abgebildet. Durch Modifikation

des Modells kann die Anlagenvisualisierung an

konkrete Anforderungen angepasst werden (6). Das Visualisierungsmodell

ist nicht an eine spezifische Technologie

gekoppelt. Durch die Transformation des ViM auf die Zielplattform

entsteht eine lauffähige Visualisierung (7).

1. Modellzentrierte integration

Die Geräteintegration erfolgt, wie in Bild 1 dargestellt,

unter Verwendung der zwei Modelle: des Maschineninformationsmodells

(MiM) und des Visualisierungsmodells

(ViM). Das MiM stellt serverseitig die datentechnische

Struktur zur Haltung und Interaktion von und mit

maschinenbezogenen Daten dar, insbesondere mit Gerätedaten/Gerätesignalen

und Geräte-Proxies (vergleichbar

zum Ansatz von [11]).

Letztere sind ein zentraler Bestandteil des MiM. Geräte-Proxies

sind virtuelle Stellvertreter einer realen Komponente

und letztlich für die Kommunikation verantwortlich.

Geräte-Proxies werden unter Verwendung von

Gerätedaten, Gerätetyp, Gerätefunktionalität (realisiert

über die Gerätesignale) sowie Kommunikationseigenschaften

(zu verwendendes Protokoll) konfiguriert.

Über eine Datenabstraktionsschicht erhalten Geräte-

Proxies die Möglichkeit, mittels der Prozesskopplung eine

für sie einheitliche Schnittstelle zur Kommunikation mit

BILD 1:

Software bestandteile

des Integrationskonzepts

BILD 2: Die

Prozesskopplung

als einheitliche

Kommunikationsschnittstelle

44

atp edition

4 / 2011

ihren realen Feldgeräten durchzuführen. Als Parameter

müssen nur der Empfänger (eine ID-Angabe aus der EEDD)

sowie das abzufragende beziehungsweise zu schreibende

Gerätesignal über ein definiertes Kommunikationsprotokoll

zum Zielserver/Zielgerät angegeben werden. Insofern

kapselt die Prozesskopplung die gerätespezifische Kommunikation

gegenüber dem restlichen System gemäß Bild 2.

Das Maschineninformationsmodell dient während des

gesamten Anlagenbetriebs als Kommunikationsschnittstelle

zwischen der Visualisierung und den Anlagenkomponenten

sowie zur Geräteverwaltung.

Das Ziel des entwickelten Visualisierungskonzeptes

ist eine automatisch bereitgestellte Gesamtvisualisierung,

die sich aus den Visualisierungen der Komponenenten

zusammensetzt. Hierbei werden spezielle Visualisierungselemente,

Stadgets (von State und Widget)

verwendet. Stadgets sind spezielle dynamische Visualisierungselemente,

die sich über das MiM mit Gerätesignalen

koppeln lassen. Im Gegensatz zu anderen Visualisierungssystemen

handelt es sich hierbei nicht um einen

vordefinierten Satz von Visualisierungselementen,

sondern um einen Ansatz zur Definition beliebiger neuer

Visualisierungselemente. Dies ermöglicht es, Visualisierungselemente

mit speziellen Visualisierungseigenschaften

für Geräte bereitzustellen. Durch die Definition

verschiedener Schnittstellen für Signalbindung, Konfiguration

und Stilisierung wird die Wiederverwendbarkeit

der Stadgets sichergestellt (siehe Bild 3).

Die Struktur der Stadgets ist komplexer als in Bild 3

dargestellt, da sie sämtliche Eigenschaften, die in Visualisierungselementen

eine Rolle spielen, aufnehmen muss.

Hierzu gehören zum Beispiel auch Transformationen wie

Größenänderung oder Rotation. Diese Herangehensweise

soll Visualisierungen mit einer Komplexität wie bei FDT/

DTM [13] ermöglichen, wobei die Beschreibung der Elemente

jedoch rein textuell erfolgen soll. Um trotzdem eine

Anpassung der Visualisierung zu bieten, wird die Visualisierungsstruktur

(Aufbau der Benutzungsoberfläche)

von den Stadgets (verwendete Elemente in der Oberfläche)

getrennt. Somit lässt sich die Visualisierungsstruktur in

einem Modell – dem Visualisierungsmodell (ViM) – abbilden.

Das ViM dient der Integration der verschiedenen

Gerätevisualisierungen in eine Gesamtvisualisierung. Die

dabei entstehende Gesamtvisualisierungsstruktur, also

der Grobaufbau der gesamten Visualisierung, sowie die

Auswahl und Konfiguration von Stadgets kann unter Verwendung

des ViM angepasst werden. Die Visualisierungsstruktur

wird während der Visualisierungsintegration als

Teil des Visualisierungsmodells abgebildet, die Visualisierungselemente

hingegen nur referenziert und parametriert

(vergleiche Bild 4).

Die Möglichkeiten der Anpassung ähneln denen verfügbarer

Visualisierungssysteme. Der wesentliche Unterschied

des ViM im hier vorgestellten Ansatz ist der Umfang an

verfügbaren Visualisierungselementen. Dieser variiert in

Abhängigkeit zu den angeschlossenen Geräten. Weiterhin

Stadget

KonfigurationsInterface StyleInterface SignalInterface

BILD 3:

Schnittstellen zur

Anpassung von

Visualisierungselementen

Visualisierung

Visualisierungsseite

Visualisierungselement

definiert

Parameter

Stadget

deklariert

Visualisierungsstrukturelement

BILD 4:

Struktur der

Visualisierung

atp edition

4 / 2011

45

HAUPtbEItrAG

Visualisierungsseitenbeschreibung

verweist auf

StadgetReferenz

verweist auf

StadgetFactory

BindungsBeschreibung

Stadget

erzeugt

BindungsDefinition

MiM

SignalInterface

konfiguriert

SignalBindung

GeräteProxy

StadgetPort

GeräteSignal

BILD 5: Bindung der Visualisierung an Gerätesignale

Feldgeräte Server Client

Hersteller a

Hersteller B

Hersteller C

eedd

iP adresse

BootP

request

Clientliste

prüfen

lookup-

Service

FtP

iP, Status

erzeugt HMi

dateien auf

emsa-

Server

Webserver

aktualisiert

Visualisierung

registrierung für

gerätesignale

Socktes

(geräteid, Status)

Viewer

lädt HMi

daten von

BILD 6: Übersicht der Gesamtarchitektur

BILD 7: Automatische

Generierung einer initialen

Visualisierung

46

atp edition

4 / 2011

werden im Visualisierungsmodell Navigationsbeziehungen

zwischen Teilvisualisierungen (Sichten) definiert.

Das Visualisierungsmodell dient als Ausgangspunkt für

die Visualisierungserzeugung. Unter Nutzung plattformspezifischer

Transformationsvorschriften kann das ViM in

eine konkrete Visualisierung überführt werden. Das ViM

wird demnach nur während der Geräteintegration (Visualisierungsintegration)

und für Visualisierungsanpassungen

benötigt, nicht aber für den Anlagenbetrieb. Die Kombination

der Daten aus MiM und ViM beschreibt demnach gerätespezifische

Kommunikationseinheiten sowie deren

Visualisierung. Es werden gegenwärtig keine Informationen

über Beziehungen der Geräte zueinander abgebildet.

2. die erWeiterte geräteBeSCHreiBung

Für die automatische Geräteintegration wurde die EEDD

definiert. Sie beinhaltet zunächst die von anderen Technologien

(zum Beispiel EDDL [3]) bekannte eigentliche Gerätebeschreibung.

Um eine automatische Visualisierungsintegration

zu ermöglichen, muss die erweiterte Gerätebeschreibung

Informationen über gerätespezifische Visualisierungen

enthalten. Diese sollen unabhängig von der ursprünglichen

Gerätebeschreibung sein. Für die automatische Kopplung

von Gerätesignalen und Visualisierungselementen werden

weitere Informationen benötigt. Die erweiterte Gerätebeschreibung

besteht somit aus drei Elementen:

der Beschreibung von Geräteeigenschaften

(für das MiM)

der Beschreibung der Visualisierung (für das ViM)

einer Definition der Bindung zwischen Gerätesignalen

und Visualisierungselementen

Gerätebeschreibung

Das Kernelement der EEDD bildet die eigentliche Gerätebeschreibung

mit folgenden minimalen Bestandteilen:

das für den Signalzugriff zu verwendende Protokoll

(zum Beispiel OPC [4])

eine Signaladresse (Hardware IO), die verwendet

wird, um über das definierte Protokoll ein Auslesen

oder Schreiben des Signals zu erreichen

die Signalrichtung (Input oder Output)

Signalname/ID

der Datentyp des Signals

textuelle Beschreibung des Signals für

Visualisierungszwecke

ein eindeutiger Geräteidentifikator

(beispielsweise die MAC-Adresse)

Visualisierungsbeschreibung

Die Gerätevisualisierung, also der Teil der Gesamtvisualisierung,

der sich mit der Anzeige und Steuerung einer

speziellen Komponente befasst, soll in einer technologieneutralen

und erweiterbaren Form auf dem Gerät abgelegt

werden. Als Erweiterbarkeit wird hier die Möglichkeit verstanden,

dass ein Gerät in der Visualisierungsbeschreibung

neue Visualisierungselemente definieren kann (Stadgets).

Diese lassen sich in das Visualisierungssystem integrieren

und auch in anderen Teilen der Gesamtvisualisierung verwenden.

Die Trennung zwischen Visualisierungsstruktur

und Visualisierungselementen (Stadgets) im Modell schlägt

sich auch in der Visualisierungsbeschreibung nieder. Die

Beschreibung der Visualisierungsstruktur kann als Serialisierung

des ViM verstanden werden. Die Stagdets werden

in jeweils eigenen Dateien vorgehalten.

Bindungsbeschreibung

Die Bindungsbeschreibung definiert die Kopplung zwischen

einem Stadget und einer Menge von Signalen, das

heißt die Ports (Signalschnittstellen) der Stadgets werden

mit den Geräte-Proxies im Maschineninformationsmodell

verbunden (vergleiche Bild 5).

3. Validierung Mit deM deMonStrator

An den Forschungseinrichtungen wurde jeweils ein Demonstrator

entwickelt. Der Aufbau des Werkzeugmaschinenlabors

(WZL) der RWTH Aachen besteht aus zwei

Rollentischen mit je zwei SPS-Steuerungen und einem

dazugehörigen Bluetooth Access-Point. Dabei verwaltet

je eine SPS die Sensorik, die andere die Aktorik. Dies ist

dadurch begründet, dass künftig mehr Komponenten über

einen eigenen Webserver verfügen könnten, über den sie

ihre EEDD dem Anlagenverbund zur Verfügung stellen.

Die Kommunikation zwischen allen Teilnehmern (Visualisierungsclients

als PDA und IPC, Server und SPS) erfolgt

über das Bluetooth-Netzwerk.

Die Gesellschaft zur Förderung angewandter Informatik

(GFaI) entwickelte einen Demonstrator im Bereich Gebäudeautomatisierung.

Dort kamen neben Kompakt-SPS auch

ein Embedded System und eine Webcam mit integriertem

Webserver zum Einsatz, um unter anderem die Bereitstellung

von EEDD durch Zweitgeräte zu demonstrieren.

Bei beiden Demonstratoren erfolgte die Gerätebeschreibung

unter Verwendung der Field Device Configuration

Markup Language (FDCML) [5]. Die Visualisierungsstruktur

wurde mit XUL (XML User Interface Language)

[8] abgebildet, die Visualisierungselemente mit Skalierbaren

Vektorgrafiken (SVG) [9] unter Verwendung der

XBL (XML Binding Language) [10].

Bild 6 gibt einen Überblick über die Architektur sowie

den Signalfluss innerhalb der Demonstratoren: Komponenten

melden sich mittels BootP-Protokoll bei einem Lookup-

Service und erhalten eine IP-Adresse zugewiesen.

Die aktuellen Teilnehmerinformationen werden an

den zentralen Server übermittelt, der die EEDD-Daten

der dezentralen Geräte mittels FTP-Protokoll bezieht.

Lokal extrahiert werden die Geräteinformationen (Geräte-

und Visualisierungsdaten) auf einem Webserver für

Clients (hier auf Mozilla-Technologie basierend) bereitgestellt.

Diese können sich beim Server anmelden und

werden über Topologieänderungen informiert. Die erforderlichen

Visualisierungs- und Prozessdaten erhalten sie

über HTTP/Ajax-Anfragen [15,16] von dem Webserver.

Bild 7 veranschaulicht die Funktionsweise der Generierung

einer initialen Visualisierung. Änderungen der

Anlagentopologie werden von dem System erkannt (A).

Je nach erfolgter Änderung manifestiert sich diese automatisch

in einer veränderten Maschinenvisualisierung.

Das zuvor leere Hauptmenü zeigt ein Interaktions-Icon

zur neu gefundenen Komponente an (B). Eine Interaktion

mit dem neuen Icon startet die automatisiert hinterlegte

Steuerungsfunktionalität (C). Es entstehen demnach keine

leeren Grafikgerüste. Grafische Interaktionselemente

atp edition

4 / 2011

47

HAUPtbEItrAG

sind nach Erzeugung direkt mit der ihnen zugewiesenen

Funktionalität ihrer Komponente verknüpft. Darüber

hinaus sind Prozessdaten ebenfalls direkt im Stadget

verankert und werden zur Laufzeit visualisiert (D).

4. zuSaMMenFaSSung und auSBliCk

Es wurden Ansätze vorgestellt, die eine generelle Machbarkeit

einer weitgehend plattformunabhängigen automatischen

Geräteintegration bis in die Sensor-/Aktorebene

demonstrieren. Änderungen der Anlagentopologie werden

erkannt und äußern sich in einer aktualisierten grafischen

Benutzeroberfläche. Die erzeugten hochdynamischen

Stadgets sind wiederverwendbar und durch den

Einsatz von SVG und JavaScript in ihrer Komplexität

beliebig skalierbar. Im Vergleich zur EDDL bietet die hier

verwendete Beschreibungsform für Visualisierungen die

Möglichkeit, wesentlich komplexere Visualisierungen zu

definieren. Gleichzeitig können bestehende EDDL-Beschreibungen

integriert werden. Im Gegensatz zu FDT/

DTM zeichnet sich die vorgestellte Lösung zusätzlich

durch ihre Plattformunabhängigkeit aus, da eine weitreichende

Soft- und Hardwareunterstützung vorliegt. Durch

die einsetzbaren offenen Technologien des erarbeiteten

Konzepts lassen sich weiterhin Softwarelizenzkosten

einsparen. Dadurch wird ein Beitrag zur anvisierten Kostenreduzierung

des Erstellungsprozesses von Visualisierungen

geleistet.

Es besteht jedoch weiterhin das Problem, dass seitens

der Industrie immer noch viele plattformabhängige Technologien

eingesetzt werden (siehe OPC), für die es nur

wenige oder keine Alternativen gibt. Sind diese technologischen

Einschränkungen überwunden, steht einer noch

weitreichenderen Anwendbarkeit des vorgestellten Ansatzes

nichts im Wege. Möglicherweise trägt auch der vermehrte

Einsatz von OPC UA in naher Zukunft dazu bei.

Die Field Device Integration FDI [12] soll die Schwächen

heutiger Gerätebeschreibungen verringern. Die

Kombination von FDI mit dem Plug-and-Play-Konzept

könnte ein vielversprechender Ansatz für die Zukunft

der Geräteintegration sein.

Die Ergebnisse verdeutlichen, dass sich der Aufwand

zur iterativen händischen Anpassung von Maschinenvi-

sualisierungen bei wechselnden Anlagentopologien er-

heblich reduzieren lässt. Weiterführende Fragestellungen

AUtorEn

PROf. DR.-InG. CHRISTIAn BRECHER

(geb. 1969) ist seit 2004 Mitglied des

Direktoriums und Inhaber des Lehrstuhls

für Werkzeugmaschinen am Werkzeugmaschinenlabor

(WZL) der RWTH Aachen

sowie Direktor und Leiter der Abteilung

Produktionsmaschinen am Fraunhofer-

Institut für Produktionsmaschinen IPT.

Seit 2006 ist er Sprecher des Aachener

Exzellenzclusters „Integrative Produktionstechnik

für Hochlohnländer“.

RWTH Aachen,

Werkzeugmaschinenlabor (WZL),

Steinbachstr. 19, D-52074 Aachen,

Tel. +49 (0) 241 8 02 74 07,

E-Mail: c.brecher@wzl.rwth-aachen.de

MInfTech DAnIEL KOLSTER (geb. 1981)

arbeitet seit 2007 als wissenschaftlicher

Mitarbeiter am Lehrstuhl für Werkzeugmaschinen

der RWTH Aachen. Seine Forschungsgebiete

umfassen die Geräteintegration

sowie die Mensch-Maschine-Interaktion

im Maschinenbau.

RWTH Aachen,

Werkzeugmaschinenlabor (WZL),


Tel. +49 (0) 241 802 74 57,

E-Mail: d.kolster@wzl.rwth-aachen.de

DR.-InG. WERnER HERfS (geb.1975) leitet seit 2007 die

Abteilung Steuerungstechnik und Automatisierung am

Lehrstuhl für Werkzeugmaschinen der RWTH Aachen und

ist akademischer Rat.

RWTH Aachen, Werkzeugmaschinenlabor (WZL),


Tel. +49 (0) 241 802 74 10,

E-Mail: w.herfs@wzl.rwth-aachen.de

DIPL.-InG. (fH) SASCHA JEnSEn (geb. 1977) ist wissenschaftlicher

Mitarbeiter bei der Gesellschaft zur Förderung

angewandter Informatik e.V. (GFaI). In seiner Forschungstätigkeit

beschäftigt er sich mit Fragen der Visualisierung in

der Automatisierungstechnik.

GfaI e.V.,

Volmerstr. 3, D-12489 Berlin,

Tel. +49 (0) 30 814 56 35 30, E-Mail: jensen@gfai.de

DR. MATTHIAS PLEßOW (geb. 1953) leitet seit 1998 den

Bereich Graphische Ingenieursysteme bei der GFaI. Er befasst

sich mit der Entwicklung von Graph-basierten Engineeringund

Modellierungskonzepten und deren Anwendung in den

Gebieten Energiesystemtechnik (Modellierung, Simulation,

Beratung) und Automatisierungstechnik (Schaltschrankentwurf,

Dokumentation, Projektierung).

GfaI e.V.,

Volmerstr. 3, D-12489 Berlin,

Tel. +49 (0) 30 814 56 35 00, E-Mail: plessow@gfai.de

48

atp edition

4 / 2011

Lernen Sie die

stützen sich auf die automatische Generierung der erforderlichen

EEDD-Elemente während des initialen Engineeringprozesses

einer Anlage, sodass der einmalige Erstellungsaufwand

der anlagenspezifischen EEDD-Elemente

zusätzlich verringert wird. Weiterhin werden die Modelle

um Informationen über die Anlagen- und Steuerungstopologie

angereichert, sodass keine flache Visualisierung

mehr entsteht und sich weitere örtliche und/oder prozessbedingte

Zusammengehörigkeiten ebenfalls in der Visualisierung

wiederfinden.

MAnUSKrIPtEInGAnG

17.06.2010

DAnKSAGUnG


Das Forschungsvorhaben EmsA (15012 BG) wurde im

Rahmen der „Industriellen Gemeinschafts forschung

(IGF)“ vom Bundesministerium für Wirtschaft und

Technologie über die „Arbeits gemeinschaft industrieller

Forschungsvereinigungen (AiF)“ aufgrund eines

Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

kennen!

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rEFErEnzEn

[1] UPnP Forum Webseite, http://www.upnp.org

(vom 29.03.2010)

[2] Heinze, ronald, Mit Integration die Automatisierung

automatisieren, openAutomation Magazin 05/2007, VDE

Verlag, 2007

[3] EDDL Webseite, http://www.eddl.org (vom 29.03.2010)

[4] o PC Foundation Webseite, http://www.opcfoundation.org

(vom 29.03.2010)

[5] FDCML Webseite, http://www.fdcml.org (vom 29.03.2010)

[6] IEtF rFC2131 DHCP Webseite, http://tools.ietf.org/html/

rfc2131 (vom 29.03.2010)

[7] IEtF rFC951 bootP Webseite, http://tools.ietf.org/html/

rfc951 (vom 29.03.2010)

[8] XUL Webseite, https://developer.mozilla.org/en/XUL (vom

07.04.2010)

[9] SVG (Scalable Vector Graphics) Webseite,

http://www.w3.org/Graphics/SVG/ (vom 07.04.2010)

[10] XbL Webseite, https://developer.mozilla.org/en/XbL (vom

07.04.2010)

[11] John, D. et al. Durchgängiges Gerätebeschreibungsmodell

für den gesamten Lebenszyklus – Konzept und Umsetzung

mit oPC UA, atp 07/2007, oldenbourg Industrieverlag, 2007

[12] Kumpfmüller, H.-G.; Lange, r.; FDI Device Integration, atp

edition 06/2010, S. 16-19, oldenbourg Industrie verlag, 2010

[13] FDt Joint Interest Group Webseite,

http://www.fdtgroup.org (vom 30.03.2010)

[14] b recher, C. et al. Plug-and-Play – eine Vision rückt näher.

A&D Kompendium 2008/2009, S. 26-29.

publish industry Verlag

[15] IEtF rFC2616 http Webseite,

http://tools.ietf.org/html/rfc2616 (vom 15.04.2010)

[16] Holdener, A. Ajax: the Definitive Guide. o’reilly Verlag,

ISbn 978-0596528386. 2008

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



Teil 1: Fadenmodell zur Beschreibung des Seitenkantenverhaltens

Das seitliche Verlaufen von durchlaufenden Bahnen in der Papier-, Kunststoff- und Textilindustrie

wird mit Hilfe von Bahnkantenregelungen korrigiert. Im Beitrag wird die

ausgedehnte Bahn durch eine Harfe von Fäden ohne Querkopplungen in einem System

angetriebener und nicht angetriebener, umschlungener Walzen angenähert. Für zwei

Grenzfälle: Faden unter Zugspannung bei vernachlässigten Biegespannungen und Faden

bei Biegung unter Vernachlässigung der Zugspannung, werden aus kinematischen Beziehungen

und der Kontinuitätsgleichung der Kontinuumsmechanik nichtlineare Differenzialgleichungen

gewonnen, die nur schwach miteinander gekoppelt sind. Eine Linearisierung

ergibt, dass sich der durchlaufende Faden im Zweiwalzensystem als ein Verzögerungsglied

erster Ordnung darstellen lässt. In Teil 2 wird die Methode auf reale Drei- und

Vierwalzensysteme erweitert.

SCHLAGWÖRTER Durchlaufende Bahn / Bahnlauf-Regelsysteme / Seitenkantenregelung /

Bahnkantenregelung

Simplified Modeling of Lateral Behavior of Elastic Webs –

Part 1: Describing Web Edge Behavior by Means of a Threads Model

The lateral position of moving webs in the paper, plastics, and textile industries has to be

corrected by means of web guiding systems. In the paper, the continuous two-dimensional

web is approximated by a harp of non-interlinking threads wrapping a system of driven

and non-driven rollers. Two important cases are investigated: A thread with tensile stress

which is compared to bending stress and, vice versa, a thread with bending stress which

is compared to tensile stress. Combining kinematic relationships and the continuity equation

of continuum mechanics, nonlinear differential equations are found that are only

weakly coupled. Linearization results in a first-order lag for a two roller system. The method

will be extended to three and four roller systems in part 2.

KEYWORDS Moving web / lateral web dynamics / web guide system / web edge control

50

atp edition

4 / 2011

GünTHER BRAnDEnBuRG, tu München

Die für Anlagen mit durchlaufenden Bahnen entwickelten

und vielfach bewährten Prozessmodelle

beschreiben im Wesentlichen das dynamische

Verhalten der produktionstechnisch wichtigen

Prozessgrößen (wie zum Beispiel Spannungen,

Dehnungen und Geschwindigkeiten sowie Farb- und

Schnittregisterfehler) in Laufrichtung einer Stoffbahn

(Longitudinalverhalten). Dabei wird, etwas vereinfacht

betrachtet, die zweidimensionale dünne Bahn als eindimensionales

Problem, also als Faden, behandelt. Beispiele

dafür sind die Veröffentlichungen [1], [2], [3], [4] und [5].

Technologisch bedingte, ungleichmäßige Zugspannungsverteilungen,

die beispielsweise durch breitenvariable

Materialeigenschaften wie Bahndicke, Elastizitätsmodul

oder eingefrorene Spannungen [6], durch Trocknungs-

und Befeuchtungsvorgänge oder eventuell ungenau

justierte Transportwalzen hervorgerufen werden,

verursachen jedoch auch fehlerhafte Bewegungen der

Bahn quer zur Transportrichtung (Lateral- oder Seitenkantenverhalten).

Diese müssen mit Hilfe von schwenkbaren

Stellwalzen korrigiert werden. Bis zum Jahre 2010

ist aus dem deutschen Sprachraum keine Publikation

bekannt, die sich mit dem Seitenkantenverhalten befasst.

Auf diesem Gebiet waren und sind vor allem Wissenschaftler

aus Amerika und Asien führend. Zur Behandlung

dieses näherungsweise zweidimensionalen Problems

wird in den Veröffentlichungen die Theorie der

Balkenbiegung zu Grunde gelegt.

Viele der bisher vorliegenden Publikationen gehen auf

die an der State University of Oklahoma 1968 entstandene

Dissertation von J. J. Shelton [7] zurück, als deren Kurzfassungen

die Veröffentlichungen [8] und [9] anzusehen sind.

Im ersten Teil der Dissertation wird ein vereinfachtes Modell

1. Ordnung angegeben, das nach Aussage des Autors

die meisten Fälle der Praxis abdeckt. Etwas unbefriedigend

daran ist, dass eine zuerst von D. P. Campbell [10]

angegebene, heuristisch hergeleitete Differenzialgleichung

übernommen und darauf die Berechnung verschiedener

Walzenanordnungen aufgebaut wird. Der zweite Teil von

[7] hingegen enthält eine umfassende Theorie über ein erweitertes

Modell des Lateralverhaltens, in dem die durch

Korrekturwalzen in die Bahn eingeleiteten Biegespannungen

berücksichtigt werden, wobei die Bahn durch einen

Balken approximiert wird. Nach dieser Theorie ergibt sich

ein Modell 2. Ordnung. In [11] wird eine demgegenüber

vereinfachte, leichter verständliche Variante der Theorie

vorgestellt. Die Anfang der siebziger Jahre des letzten Jahrhunderts

in Deutschland gefundenen Massenbilanzen, das

heißt die Anwendung der Kontinuitätsgleichung der Kontinuumsmechanik

auf die durchlaufende Bahn zur Berechnung

von Dehnungen und Zugspannungen [12], die

zur Grundlage der Behandlung des dynamischen Longitudinalverhaltens

wurden, finden in den auf Shelton zurückgehenden

späteren Arbeiten, zum Beispiel [13], [14],

[15], [16], [17], [18], [19], [20] und [21], keine Anwendung.

Um diese Lücke zu schließen und das Zusammenwirken

der Fadenkinematik mit den Massenflussbedingungen

auf möglichst einfache Weise zu untersuchen, wurde

vom Autor in [22] die kontinuierliche Bahn durch eine

Fadenharfe ohne Querkopplungen der Fäden angenähert,

wobei Biegespannungen gegenüber der Zugspannung

vernachlässigt wurden. Das Modell von Campbell wurde

auf konsequente Weise hergeleitet und gezeigt, dass

die Verkopplung der kinematischen Beziehungen des

Fadens mit der Kontinuitätsgleichung bei kleinen Fadenwinkeln

vernachlässigbar ist.

1. AufgAbenstellung und VorAussetzungen

Das Bild bliebe unvollständig, wenn in gleicher Weise

nicht auch der Fall der Fadenbiegung untersucht würde.

Daher wird im vorliegenden Beitrag der Faden mit Biegung

behandelt. Die Ergebnisgleichungen für den Faden

ohne Biegung aus [22] werden zum Zwecke des Vergleichs

den neuen Untersuchungen jeweils vorangestellt.

Diese beginnen mit dem dynamischen Verhalten des

Fadens bei Biegung ohne Zugspannung für die Fälle longitudinaler

Schwenkung und axialer Translation in einem

System aus zwei angetriebenen Walzen. Daraus werden

die Beziehungen für das industriell wichtige System mit

lateraler Schwenkung abgeleitet. Anschließend werden

atp edition

4 / 2011

51

hauptBeitRag

BILD 1: Fadenharfe

im Dreiwalzen-System

bei lateraler

Schwenkung der

Klemmstelle 2

BILD 2: Longitudinale Schwenkung

der Klemmstelle 2

BILD 2A: Gesamtsystem

BILD 2B: Details von Bild 2a

BILD 2C: Details von Bild 2b

52

atp edition

4 / 2011

die in der Industrie oft eingesetzten Drei- (vergleiche Bild

1) und Vierwalzensysteme behandelt. Dessen Darstellung

beschränkt sich auf den technisch wichtigen Fall des Fadens

mit Zugspannung bei vernachlässigbarer Biegung.

Folgende Voraussetzungen werden getroffen:

V1 | Die Länge des Fadens zwischen zwei Klemmstellen

sei groß gegen die Abmessungen der Klemmstellen.

Die bei Korrekturwalzen-Bewegungen auftretenden

Winkel einer Stellwalze und des Fadens seien klein,

sodass lineare Näherungen möglich sind.

V2 | Das Fadenmaterial sei linear elastisch.

V3 | Sämtliche Klemmstellen werden durch umschlungene

Walzen mit trockener Reibung mit gleichgroßem

Haft- und Gleitreibungskoeffizient angenähert.

V4 | Bei allen stationären und dynamischen Bewegungen

des Fadens bilde sich auf einer Klemmstelle

eine (passive beziehungsweise aktive) Eingangs-

Haftzone und eine Ausgangsgleitzone aus, wie sie

in [1] beschrieben wurden. Wegen der Voraussetzung

2 werden diese Ergebnisse näherungsweise

auch bei lateraler Bahnbewegung als gültig angenommen.

V5 | Die Koordinatensysteme seien linksdrehend, die

positiven x-Achsen zeigen aus der Zeichenfläche

heraus.

2. zweiwAlzensystem

2.1 fadenkinematik im zweiwalzensystem

bei longitudinaler schwenkung

Dem in Bild 2a gezeichneten Zylinder (Klemmstelle 2)

wird in der senkrechten Position (Koordinatensystem

(0) (0)

x 2

, y 2

, z (0) 2

) der Faden aus der (nicht näher gezeichneten)

Klemmstelle 1 zugeführt. Der Zylinder werde um den

Drehpunkt M S um den Winkel δ geschwenkt. Diese

Schwenkung heißt longitudinale Schwenkung, da sie in

longitudinaler Richtung der Bahn beziehungsweise des

Fadens erfolgt.

Als beschreibende Größe wird der Fadeneinlaufwinkel

eingeführt. Dieser hängt von den Variablen δ und

ϕ ab, also ist = (δ, ϕ). Die gesamte Änderung von

ist dann

(2.1.1)

Der erste Term rechts beschreibt die Änderung von bei

konstantem Drehwinkel ϕ und variablem Schwenkwinkel

δ und der zweite Term die Änderung von bei konstantem

Schwenkwinkel δ. Gleichung (2.1.1) wird durch folgende

Bewegungsfolge realisiert (vergleiche Bild 2a): Ausgehend

von der Nulllage von Zylinder 2, in welcher der Faden am

Punkt an der Koordinate z 0

befestigt sei, wird der Zylinder

um den Winkel δ 1

geschwenkt, wodurch der Faden die Koordinate

z 1

erreicht, dabei gestreckt und gebogen wird.

Dann wird der Zylinder um den Winkel ϕ 1

gedreht. Ein

Fadenstück wird aufgewickelt und die Koordinate z 2

erreicht

(vergleiche Bild 2b). Von dieser Ausgangslage aus

wird der Zylinder gemäß Gleichung (2.1.1) um den Winkel

dδ geschwenkt, wodurch z 2

in z 3

übergeht und der Fadeneinlaufwinkel

entsteht. Anschließend wird er um dϕ

gedreht. Der Winkel wird bei dieser Drehung auf dem

Umfang gespeichert und ein differenzielles Fadenstück

aufgewickelt. Es entsteht das differenzielle, rechtwinklige,

in Bild 2b und Bild 2c vergrößert dargestellte Dreieck mit

den Katheten dz und R w dϕ.

Faden ohne Biegung

Die Behandlung des geraden, ungebogenen Fadens in [22]

führte nach Linearisierung der maßgeblichen Differenzialgleichung

für den Fadenversatz auf Klemmstelle 2 im

Bildbereich der Laplace-Transformation zu der Beziehung

(2.1.2)

Ein Ausgleichsvorgang bei Änderung des Schwenkwinkels

vollzieht sich bemerkenswerterweise mit denselben

Zeitkonstanten

(2.1.3)

wie sie seit langem für longitudinale Ausgleichsvorgänge

bekannt sind [23].

Faden mit Biegung

Der Untersuchung des Fadens mit Biegung im Falle der

Schwenkung nach Bild 2a wird die elementare Balkentheorie

zu Grunde gelegt. Ein einfaches Modell ist angebbar,

wenn angenommen wird, dass der gerade Faden

(0) (0)

im (x 2

, y 2

, z (0) 2

)-System durch eine Kraft F z in der Fadenachse

am rechten Rand belastet und damit einer Zugspannung

unterworfen sei. Danach werde er durch eine

senkrecht auf der Fadenachse stehende, also in der Mantellinie

des Zylinders 2 liegende Kraft F y gebogen. Die

Biegespannungen überlagern sich der Zugspannung. Die

Randbedingungen werden folgendermaßen genähert: Die

Zugspannungen seien klein gegenüber den Biegespannungen.

Dann wird die Ausgangsgleitzone der Klemmstelle

1 sehr klein, sodass in erster Näherung auf Klemmstelle

1 eine feste Einspannung des „Balkens“ angenommen

werden darf, also der Faden am linken Rand mit

horizontaler Tangente austritt. Auf der Mantellinie von

Klemmstelle 2 werden dem Faden die Koordinaten z 0

bis

z 4

(vergleiche Bild 2a) eingeprägt. Wegen der kleinen

Schwenkwinkel gemäß Voraussetzung (V1) dürfen diese

mit cosδ ≈1 auf die z (0) 2

-Achse projiziert werden. Daher

darf angenommen werden, dass dem Faden am rechten

Rand, auf der Mantellinie des senkrecht stehenden Zylinders,

eine Durchbiegung w in negativer z (0) 2

-Richtung

eingeprägt wird. Dazu ist eine Kraftkomponente F z2 in

dieser Richtung notwendig, der die entgegengesetzt gerichtete

Haftreibkraft das Gleichgewicht hält.

Die Rechnung im Anhang A 1 führt nach Linearisierung

auf die lineare Differenzialgleichung (A1.14)

(2.1.4)

atp edition

4 / 2011

53

hauptBeitRag

Diese Differenzialgleichung wird der Laplace-Transformation

unterworfen, und man erhält folgendes Ergebnis

für den Fadenversatz:

Erfährt – anstatt der axialen Translation der Klemmstelle

2 – der Fußpunkt M λ auf der Klemmstelle 1 eine Änderung

um die Strecke (positiv gezählt in Richtung des

z (0) 1

-Systems), so liegt dasselbe Verhalten wie Gleichung

(2.2.2), jedoch mit umgekehrten Vorzeichen, vor:

(2.1.5)

Der Vergleich mit Gleichung (2.1.2) zeigt, dass sich überraschenderweise

die Zeitkonstante des Fadens mit Biegung

auf 2/3 des Wertes der Zeitkonstante des geraden

Fadens verringert. Ebenso reduziert sich der stationäre

Endwert der Sprungantwort auf

(2.1.6)

Dieses nicht erwartete Verhalten ist jedoch anschaulich

erklärbar. Aus Bild 2a ist ersichtlich, dass die an den

Koordinaten z 1

auftretenden Einlaufwinkel α Ei

bei Biegung

kleiner werden als bei gestrecktem Faden. Daher

wird der Eintrittswinkel α E

=α E∞

=90° schneller, das

heißt mit kleinerer Zeitkonstante und bei einer größeren

Koordinate, erreicht.

2.2 fadenkinematik im zweiwalzensystem bei axialer

translation

Es ist zwischen dem Fadenversatz relativ zum ruhenden

Koordinatensystem und relativ zu den bewegten Koordinatensystemen

zu unterscheiden, das heißt relativ zur

axial verschobenen Walze. Entsprechend werden die

hochgestellten Indizes (0), (1) und (2) dem Fadenversatz

hinzugefügt.

Faden ohne Biegung

Die Behandlung des geraden, ungebogenen Fadens in [22]

führte auf folgenden Fadenversatz relativ zum ruhenden

z 2 (0) -System:

(2.2.1)

Der charakteristische Nennerausdruck bleibt derselbe wie

bei longitudinaler Schwenkung des Fadens ohne Biegung

nach Gleichung (2.1.2), jedoch ist es mit Hilfe einer axialen

Translation möglich, einen Zählerterm in das Übertragungsverhalten

einzuführen. Der Fadenversatz bezogen

auf das ortsfeste z 2 (0) -System lässt sich, wie diese

Gleichung zeigt, nicht bleibend ändern. Aber er ändert

sich relativ zur Klemmstelle 2, also bezogen auf das mit

bewegte z 2 (2) -System, gemäß der Gleichung

(2.2.3)


Die axiale Translation für den Fall der Biegung gemäß

Bild 3a wird ähnlich behandelt wie die longitudinale

Translation (vergleiche Anhang A 2). Wie bei dieser ist

eine reduzierte Zeitkonstante zu erwarten. Der gedachte

Bewegungsablauf ist folgender:

Der Mittelpunkt M z des Zylinders 2 wird in positiver

z 2 (0) -Richtung von Punkt z M0

nach z M1

axial verschoben. Dabei

verschiebt sich der am Punkt z 0

befestigte Faden in den

Punkt z 1

, wodurch der Fadeneinlaufwinkel α E1

entsteht.

Bei einer nachfolgenden Drehung des Zylinders um den

Winkel ϕ wird ein Stück Faden aufgewickelt, wodurch der

Fadeneinlaufpunkt in den Punkt z 2

übergeht (vergleiche

Bild 3b). Dieser Punkt wird zunächst festgehalten und ist,

ähnlich wie in Abschnitt 3.1, Ausgangspunkt für zwei

differenzielle Bewegungen, wobei es wieder zweckmäßig

ist, die Veränderung des Fadeneinlaufwinkels α E

=α E

(z M , ϕ)

zu betrachten. Es ist ähnlich Gleichung (2.1.1)

(2.2.4)

Dem entsprechend werde der Zylindermittelpunkt bei

konstant gehaltenem Drehwinkel zuerst um die Strecke

z M2

–z M1

=dz M

(vergleiche Bild 3b) axial nach oben bewegt. Diese

Verschiebung wird dem haftenden Faden mitgeteilt und

der Fadeneintrittspunkt erreicht die Koordinate z 3

. Der Einlaufwinkel

ist α E3

. Danach wird der Zylinder um den Winkel

dϕ 2 gedreht. Dabei wird der Winkel α E3

auf dem Umfang gespeichert

und ein differenziell kleines Fadenstück aufgewickelt.

Der Fadeneintrittspunkt verschiebt sich ein kleines

Stück nach unten und erreicht die Koordinate z 4

. Der Eingangswinkel

hat nun den Wert α E4

. Die differenzielle Strecke

da (vergleiche Bild 3c) ist Ausgangspunkt für die mathematische

Beschreibung dieses Vorgangs in Anhang A 2.

Die Gleichungen (A2.26) und (A2.34) liefern tatsächlich

den zu Gleichung (2.2.1) analogen Ausdruck, bei dem wieder

die verminderte Zeitkonstante erscheint. Der Fadenversatz

relativ zum ruhenden z 2 (0) -System lautet:

(2.2.5)

Die Grenzwerte der Sprungantworten ergeben sich zu

54

(2.2.2)

atp edition

4 / 2011

und

(2.2.6)

(2.2.7)

BILD 3A: Gesamtsystem

BILD 3B: Details

von Bild 3a

BILD 3C: Details

von Bild 3b

(0)

z 2

R

dϕ

ϕ

α w

2 2

E1 z 1

α E3

da

dz

α z E3

3

M 2

z 1

2

α E 4

α E 2

z z 2 4

dz 2

BILD 3: Axiale Translation der Klemmstelle 2

atp edition

4 / 2011

55

hauptBeitRag

Die relative Verschiebung auf der Klemmstelle 2 ist

(2.2.8)

Tritt statt der axialen Verschiebung von Klemmstelle 2

eine Fußpunktänderung auf Klemmstelle 1 ein, so gilt

Gleichung (2.2.8) mit umgekehrtem Vorzeichen:

und in Bild 3a angenommenen axialen Verschiebungsrichtung

eine Streckung des gebogenen Fadens auf. Dieses

Problem lässt sich nicht elementar lösen. Es ist daher

zu erwarten, dass die Zeitkonstante der Ausgleichsvorgänge

im realen Fall im Bereich

(2.2.10)

liegt. Bei longitudinaler Schwenkung liegt der Fadenversatz

im Bereich

(2.2.9)

Zusammenfassend ist also festzustellen, dass in beiden

Bewegungsfällen, der longitudinalen Schwenkung und der

axialen Translation, die Ordnung des Systems bei Biegung

des Fadens gegenüber der ausschließlichen Zugbeanspruchung

nicht erhöht wird. Die Ausgleichsvorgänge verlaufen

mit einer – gegenüber dem Faden mit überwiegender Zugspannung

– um den Faktor 2/3 kleineren Zeitkonstante.

Bei beiden dargestellten Korrekturarten des Fadenlaufs

tritt in der Realität durch die eingeleitete Zugspannung

bei der in Bild 2a gezeichneten Schwenkrichtung

wenn die Amplitude einer Sprungfunktion

ist, wobei die Einheitssprungfunktion bezeichnet.

2.3 fadenkinematik im zweiwalzensystem

bei lateraler schwenkung

Faden ohne Biegung

Die in Bild 1 dargestellte Schwenkung heißt laterale

Schwenkung, da sie quer (lateral) zur Bahn beziehungsweise

zum Faden erfolgt. Der Fadenversatz relativ zum

ruhenden z 2 (0) -System bei einem Faden ohne Biegung

wurde in [22] gefunden zu

(2.3.1)

Daraus ist der optimale Schwenkradius

(2.3.2)

ableitbar, für den diese Übertragungsfunktion in das Proportionalglied

(2.3.3)

übergeht. In diesem Fall läuft der mittlere Faden bei jedem

Schwenkwinkel unter dem Winkel α E

=0 , die

übrigen Fäden unter α E

≈0 auf der Mantellinie von

Klemmstelle 2 ein. Alle Fäden haben also zu jedem Zeitpunkt

(fast) die richtige Lage. Sie folgen der Lage der

Schwenkwalze praktisch verzögerungsfrei und führen

nur sehr kleine Relativbewegungen gegenüber der Oberfläche

der Klemmstelle 2 aus (vergleiche [22]).

Der Ableitung liegt zu Grunde, dass sich die laterale

Schwenkung der Korrekturwalze um den Punkt M P mit dem

Winkel , wie in Bild 4 gezeichnet, zusammensetzen lässt

aus einer axialen Translation der Walze mit den Strecken

BILD 4: Laterale Schwenkung einer Klemmstelle als

Summe aus axialer Translation und Drehung

(2.3.4)

sowie einer Rotation um ihren Mittelpunkt mit dem

gegen den Uhrzeigersinn positiv gezählten Winkel ,

für den gilt

56

atp edition

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(2.3.5)

Der Drehpunkt M S von Bild 1a liegt also im Mittelpunkt

von Walze 2.

abgeleitet. Diese Gleichung ist infolge des Terms

mit den Gleichungen der Fadenkinematik verkoppelt, und

zwar nur im instationären Bewegungszustand, denn im stationären

Zustand läuft der Faden mit

ein, und es gilt

(2.4.2)


Bei Berücksichtigung der Fadenbiegung ergeben sich

mit den Gleichungen (2.1.5) und (2.2.5) zunächst die

Ausdrücke

Wegen der vorausgesetzten kleinen Winkelwerte von

Ei darf gesetzt werden, so dass dynamisch in

guter Näherung auch im Falle der Biegung des Fadens gilt:

(2.4.3)

Auch alle anderen Massenbilanzen gelten unverändert

für den Faden ohne und mit Biegung. Nach Linearisierung

und Übergang in den s-Bereich ergibt sich aus Gleichung

(2.4.3) die lange bekannte Beziehung (vergleiche [3])

(2.3.6)

(2.4.4)

Daraus folgt das Ergebnis

Longitudinale Schwenkung

Die zeitlich veränderliche Fadenlänge

wird aus

(2.4.5)

(2.3.7)

Im Unterschied zu Gleichung (2.3.2) geht diese Übertragungsfunktion

für den Schwenkradius

in ein Proportionalglied über, das lautet

(2.3.8)

(2.3.9)

Dieser Wert dürfte in Analogie zum Faden ohne Biegung

das Optimum im Hinblick auf die relativ zur Klemmstelle

erfolgenden Bewegungen der Fäden der Fadenharfe

darstellen. Für

nähert sich das Verhalten immer mehr der axialen Translation

ähnlich Gleichung (2.1.5) an (DT1-Glied).

2.4 massenbilanz im zweiwalzensystem

In [22] wurde für den Faden ohne Biegung, der in die

Klemmstelle 2 mit dem Fadeneintrittswinkel einläuft,

die Massenbilanz

(2.4.1)

bestimmt, woraus nach Linearisierung folgt

Ohne große Einschränkung der Allgemeinheit wird

gesetzt, sodass gilt

Nach Einsetzen in Gleichung (2.4.4) folgt

(2.4.6)

(2.4.7)

(2.4.8)

Der letzte Term rechts beschreibt die auf bezogene

Schwenkgeschwindigkeit der stationären Koordinate eines

Fadens, also zum Beispiel von in Bild 2a. Ändert sich

allein , und zwar sprungförmig, so ergeben sich folgende

Grenzwerte von :

und

(2.4.9)

(2.4.10)

Bei einer Schwenkwinkeländerung tritt keine bleibende

Dehnungsänderung auf.

Axiale Translation und laterale Schwenkung

Bei axialer Translation und lateraler Schwenkung ist

die Änderung der freien Fadenlänge proportional zu

und vernachlässigbar. In beiden Fällen gilt daher in

guter Näherung

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57

hauptBeitRag

(2.4.11)

(A1.2)

Teil 2 erweitert den Ansatz auf Drei- und Vierwalzensysteme.

Einsetzen von Gleichung (A1.1) in (A1.2) ergibt

(A1.3)

AnhAng

Anhang A 1 faden mit biegung bei longitudinaler

schwenkung

Für die Durchbiegung eines am linken Rand einseitig

eingespannten Balkens, an dessen rechtem Rand eine auf

der Balkenachse senkrecht stehende Kraft wirkt, gilt

nach [24]

(A1.1)

Der bei dieser Kraft auftretende Biegungswinkel gegenüber

der z 2

(0)

-Achse ist

(0)

Daraus folgt der Biegewinkel bezogen auf die z 2

-Achse

in Abhängigkeit vom Biegeweg :

(A1.4)

Ist w i < 0 so wird der im Uhrzeigersinn positiv gezählte

Einlaufwinkel > 0 .

Der Fadeneinlaufwinkel des ungebogenen Fadens

(1)

bezogen auf die z 2

-Achse (vergleiche Bild 2a) ist in

guter Näherung . Von diesem Winkel ist der Biegewinkel

zu subtrahieren, um den Fadeneinlaufwinkel

des gebogenen Fadens bezogen auf die z 2

(1)

-Achse

zu berechnen. Man erhält zum Beispiel für die

Koordinate z 1

(A1.5)

foRMelzeichen

E

F

F i,i+1

I x

l i,i+1

Mp , Ms

Mzi

Rwi

Rp

s

T i,i+1

ci

w

z i

z M

α E

γ i ,δ i

ε i,i+1

λ i,i+1

ϕ i

ω i = d ϕ i /dt

elastizitätsmodul

Kraft allgemein

fadenkraft im abschnitt (i,i+1)

flächenträgheitsmoment bezogen auf die x-achse

länge des freien fadens im abschnitt (i,i+1)

Drehpunkt bei lateraler und longitudinaler Schwenkung

Mittelpunkt des zylinders i

Radius des zylinders i

Schwenkradius

laplace-operator

zeitkonstante im abschnitt (i,i+1)

mittlere transportgeschwindigkeit des fadens

umfangsgeschwindigkeit der Klemmstelle i

Durchbiegung

fadenversatz auf der Klemmstelle i

Koordinate des Mittelpunkts einer Klemmstelle

fadeneinlaufwinkel

Schwenkwinkel der Klemmstelle i, lateral und longitudinal

Dehnung des fadens im abschnitt (i,i+1)

fadenwinkel im abschnitt (i,i+1)

Rotationswinkel der Klemmstelle i

Winkelgeschwindigkeit der Klemmstelle i

Bei linearisierung wird eine Variable x durch die Summe aus ihrem

stationärem Wert am arbeitspunkt und der kleinen Änderung vom arbeitspunkt

dargestellt. Die amplitude einer Sprungfunktion in x wird mit

(k) (k) (k)

bezeichnet. es werden linksdrehende Koordinatensysteme x i

, y i

, z i

eingeführt, bei denen i die nummer der Klemmstelle und (k) die lage des

Koordinatensystems bezeichnet.

Wird Gleichung (A1.4) eingesetzt, so ergibt sich für den

Einlaufwinkel bezogen auf die z 2

(1)

-Achse

(A1.6)

Tabelle 1 zeigt alle Ausdrücke für den in Abschnitt 2.2

des Hauptteils beschriebenen Bewegungsvorgang.

Der weitere, in Kurzform wiedergegebene Rechengang

besteht darin, mit den ermittelten Eingangswinkeln die

Differenzialgleichung für den Fadenversatz auf Klemmstelle

2 zu bestimmen.

Der nach der vom Punkt z 2

ausgehenden, differenziellen

Schwenkung am Punkt z 3

erreichte Eingangswinkel

(Bild 2b) wird bei der folgenden differenziellen Drehung

um gespeichert. Durch die Drehung ändert sich

der Fadeneinlaufpunkt von z 3

auf (z 3

+ dz). Für das differenziell

kleine Dreieck von Bild 2c kann folgende Winkelbeziehung

formuliert werden:

(A1.7)

Nach Bild 2c ist im gezeichneten Fall dz < 0 und

> 0, wodurch die Vorzeichen dieser Gleichung bestimmt

sind.

Der gespeicherte Winkel wird Tabelle 1 entnommen

und gehorcht dem Ausdruck

(A1.8)

Die Gleichung (A1.7) wird in Gleichung (A1.8) eingesetzt

58

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(A1.9)

Wegen gilt z 3

z 2 . Weiterhin ist

hauptBeitRag

Zunächst werde bei konstantem Rotationswinkel der

Zylindermittelpunkt um die Strecke

(A2.2)

(A2.12)

Von dieser Gleichung wird Gleichung (A2.11) subtrahiert:

axial nach oben bewegt. Diese Verschiebung wird dem

haftenden Faden mitgeteilt, und der Fadeneintrittspunkt

erreicht die Koordinate z 3

= z 2

+ dz M2

, wie Bild

3c zeigt. Der Eingangswinkel ändert sich nach Gleichung

(A1.4) auf den Wert

mit

(A2.3)

(A2.4)

mit dem Ergebnis

also

(A2.13)

(A2.14)

Dann wird der Zylinder bei konstanter axialer Lage um

den Winkel gedreht. Der Winkel wird gespeichert

und ein differenziell kleines Fadenstück (blau in

Bild 3c) aufgewickelt. Der Fadeneintrittspunkt verschiebt

sich ein kleines Stück nach unten und erreicht

die Koordinate

(A2.5)

Der Eingangswinkel hat nun den Wert .

Gesucht ist nun eine Differenzialgleichung für den Fadenwinkel

(t) als Funktion der Anregung (t). Aus

Bild 3c liest man ab

Daraus folgt

(A2.6)

(A2.7)

Die differenzielle Strecke da lässt sich aus dem in guter

Näherung ebenen, rechtwinkligen Dreieck von Bild 3c

nach der Winkelbeziehung

berechnen zu

(A2.8)

(A2.9)

Diese Gleichung wird in Gleichung (A2.7) eingesetzt und

da eliminiert:

(A2.10)

Zur Koordinate z 2 gehört der Eingangswinkel , der infolge

der Wegeinprägung w = z 2

– z 0

gemäß Gleichung

(A1.4) angegeben werden kann:

(A2.11)

Dann gehört zu der vergrößerten Wegeinprägung

(z 2

– dz 2

) der Winkel

(A2.15)

Diese Gleichung wird in Gleichung (A2.10) eingesetzt:

RefeRenzen

(A2.16)

[1] Brandenburg, g.: Über das Verhalten durchlaufender

elastischer Stoffbahnen bei Kraftübertragung durch

coulomb'sche Reibung in einem System angetriebener,

umschlungener Walzen. Dr.-ing.-Diss. th München 1971

[2] Brandenburg, g.: ein mathematisches Modell für eine

durchlaufende elastische Stoffbahn in einem System

angetriebener, umschlungener Walzen. Regelungstechnik und

prozeßdatenverarbeitung 21 (1973), h. 3, S. 69-77; h. 4, S.

125-130; h. 5, S. 157-162

[3] Brandenburg, g.; tröndle, h.-p.: Das Verhalten durchlaufender

elastischer Stoffbahnen bei ortsabhängiger Verteilung von

elastizitätsmodul, Querschnitt und Dichte. Siemens forschungs-

und entwicklungsberichte 4 (1975) nr. 6, S. 359-367

[4] Brandenburg, g.: Verallgemeinertes prozeßmodell für

fertigungsanlagen mit durchlaufenden und anwendung auf

antrieb und Registerregelung bei Rotationsdruckmaschinen.

habilitationsschrift, technische universität München, 1976

[5] Brandenburg, g.: prozeßmodelle für durchlaufende

elastische Bahnen in kontinuierlichen fertigungsanlagen.

VDi-Berichte nr. 276, 1977, S 241-256

[6] o lsen, J. e.: lateral mechanics of an imperfect web. proc. of

the 6th int. conf. on Web handling (iWeB) 2001. Web handling

Research center, oklahoma State univ., Stillwater, oklahoma

uSa. paper 30

[7] Shelton, J.J.: lateral dynamics of a moving web. ph.D.

dissertation, oklahoma State univ., Stillwater, oK, 1968

[8] Shelton, J.J.; Reid, K.n.: lateral dynamics of a real moving

web. transactions of the aSMe, Sept. 1971, pp. 180-186

[9] Shelton, J.J.; Reid, K.n.: lateral dynamics of an idealized

moving web. Journal of Dynamic Systems, Measurement, and

control Sept. 1971, pp. 187-192

60

atp edition

4 / 2011

Mit Gleichung (A2.3) folgt

(A2.17)

und bei Vernachlässigung des Produktes der zwei Differenziale

(A2.18)

wiedergegebenen Rechnung zu Grunde. Der anfänglich

konstant gehaltene Winkel α E2

wird nun zum laufenden

Winkel erklärt, da Gleichung (A2.19) für jeden Einlaufwinkel

gültig sein muss, und Gleichung (A2.19) wird

erweitert:

(A2.20)

Division durch

liefert

(A2.19)

Nun kann die Umfangsgeschwindigkeit

eingeführt werden, und man erhält die nichtlineare

Differenzialgleichung für den Fadeneinlaufwinkel

An diesem Zwischenergebnis ist Folgendes bemerkenswert:

Die in [22] mitgeteilten Ansätze der axialen Verschiebung

ohne Biegung führen nach Elimination von

da aus den dort angegebenen Gleichungen (A2.4) und

(A2.5) und Ersatz von α E3

durch α E2

aus Gleichung

(A2.6) auf die analoge Gleichung, in der im ersten Glied

links statt 2 / 3 steht. Die folgenden Umformungen

liegen in analoger Weise auch der in [22] nur gekürzt

Linearisierung ergibt

(A2.21)

(A2.22)

[10] c ampbell, D. p.: process Dynamics. new York, John Wiley &

Sons, inc. 1958. chapter 3: forming, propulsion, and

guidance. Section 8: Web guidance, pp. 152-156

[11] Shelton, J.J.: a simplified model for lateral behaviour of short

web spans. proc. of the 6th int. conf. on Web handling (iWeB)

2001. Web handling Research center, oklahoma State univ.,

Stillwater, oklahoma uSa. paper 31

[12] tröndle, h..p.: zum dynamischen Verhalten transportierter

elastischer und viskoelastischer Stoffbahnen zwischen

aufeinanderfolgenden Klemmstellen. Dr.-ing. Diss. tu

München 1973

[13] Sievers, l., Balas, M. J., flotow, a.: Modeling of web

conveyance system for multivariable control. ieee trans.

autom. control, vol. 33, no. 6, pp. 524-531, Jun. 1988

[14] Young, g. e., Shelton, J. J., fang, B.: interaction of web span:

part i – Statics. trans. aSMe, J. Dyn. Syst. Meas. control, Vol.

111, no. 3, pp. 490-496, Sept. part ii – Dynamics. trans.

aSMe, J. Dyn. Syst. Meas. control, Vol. 111, no. 3, 1989. pp.

497-504, Sept. 1989

[15] Young, g. e., Shelton, J. J., Kardamilas, c. : Modeling and

control of multiple web span using state estimation. trans.

aSMe, J. Dyn. Syst. Meas. control, Vol. 111, no. 3, pp. 505-510,

Sept. 1989

[16] Shelton, J.J.; Reid, K.n.: lateral and longitudinal dynamic

behaviour and control of moving webs. trans. aSMe, Journal

of Dynamic Systems, Measurement, and control, vol. 115, no.

2, pp. 309-317, Jun. 1993

[17] Young, g. e., Reid, K. n.: lateral and longitudinal dynamic

behavior and control of moving webs. Journ. of Dyn. Systems,

Measurement and control, trans. of the aSMe, June 1993,

Vol. 115, pp. 308-317

[18] f orrest Jr., a. W.: the lateral response und control of a

multi-span web system to dynamic changes to the web and

conveyance hardware. proc. of the 6th int. conf. on Web

handling (iWeB) 2001. Web handling Research center,

oklahoma State univ., Stillwater, oklahoma uSa. paper 33.

[19] p agilla, p. R.; Dwibedula, R. V. et al.: lateral control of a web

using estimated velocity feedback. proc. of the 6th int. conf.

on Web handling (iWeB) 2001. Web handling Research

center, oklahoma State univ., Stillwater, oklahoma uSa.

paper 34.

[20] Shin, K.-h., Kwon, S.-o. et al.: feedforward control of the

lateral position of a moving web using system identification.

ieee trans. on industry applications, Vol. 40, no. 6, november/

December 2004

[21] Shin, K.-h., Kwon, S.-o.: the effect of tension on the lateral

dynamics and control of a moving web. ieee trans. on

industry applications, Vol. 43, no. 2, March/april 2007

[22] Brandenburg, g.: Vereinfachtes prozessmodell für das

Seitenkantenverhalten durchlaufender, elastischer Bahnen.

tagungsband SpS/ipc/DRiVeS 2010, nürnberg 2010, S.

95-110

[23] Kessler, g.: Das zeitliche Verhalten einer kontinuierlichen

elastischen Bahn zwischen zwei aufeinanderfolgenden

Walzenpaaren. Regelungstechnik 8(1960), S. 436-439 und

9(1961), S. 154-159

[24] Szaó, i.: einführung in die technische Mechanik. Berlin,

göttingen, heidelberg: Springer-Verlag 1954

[25] Bestemann, p. g. J.; limpens, c. h. l.; Babuska, R.; otten, B.

J.; Verhaegen, M.: Modeling and identification of a Strip

guidance process with internal feedback. ieee trans. of

cotrol System technology, Vol. 6, no. 1, Jan. 1998, pp. 88-102

atp edition

4 / 2011

61

hauptBeitRag

Wegen und mit folgt die linearisierte Differenzialgleichung

zu

Übergang in den s-Bereich liefert

(A2.34)

woraus die Form

(A2.23)

(A2.24)

Nun kann Gleichung (A2.26) eingesetzt werden. Man

erhält

(A2.35)

folgt. Der Übergang in den Bildbereich der Laplace-Transformation

liefert zunächst

Division durch s und Umstellung liefert das Ergebnis

und daraus folgt das Ergebnis

(A2.25)

(A2.37)

ManuSKRipteingang

05.08.2010


(A2.26)

Wieder ist das dynamische Verhalten des Fadens mit Biegung

gegenüber ohne Biegung durch ein PT1-Glied mit

um den Faktor 2/3 reduzierter Zeitkonstante gekennzeichnet.

Die Sprungantworten lauten

und

(A2.27)

(A2.28)

Der Fadenversatz wird aus Gleichung (A2.10) mit Gleichung

(A2.3) ermittelt, wobei wieder das Produkt zweier

Differenziale vernachlässigt wird:

Division durch dt ergibt

Auch hier wird die Umfangsgeschwindigkeit

eingeführt:

Linearisierung ergibt

(A2.29)

(A2.30)

(A2.31)

(A2.32)

Wegen und mit folgt die linearisierte Differenzialgleichung

zu

autoR

unIv. PROf. I. R. DR.-InG.

HABIL. GünTHER BRAn-

DEnBuRG (geb. 1935)

studierte Elektrotechnik an

der Technischen Universität

München und war anschließend

sechs Jahre Entwicklungs-

und Projektierungsingenieur

bei Siemens in

München und Erlangen. 1971 promovierte er am

Lehrstuhl für Elektrische Antriebstechnik der

TU München, erwarb mit der Habilitation 1976

die Lehrbefähigung für „Sondergebiete der

elektrischen Antriebstechnik“ und wurde 1978

zum Universitätsprofessor ernannt. Seit 1990

war er am Institut für Mechatronik der TU

München tätig und trat 2001 in den Ruhestand.

Er befasste sich in Lehre und Forschung mit der

Technologie und Antriebstechnik von elektrischmechanischen

Systemen, speziell von Rotationsdruckmaschinen

und Hochpräzisions-Werkzeugmaschinen.

Seit 2001 übt er eine beratende

Tätigkeit auf dem Gebiet der Mechatronik,

insbesondere der Fertigungsanlagen mit durchlaufenden

Bahnen, mit dem Schwerpunkt

Druckmaschinen aus.

Technische universität München,

Institut für Mechatronik,

Lehrstuhl für Mikrotechnik und Medizingerätetechnik,

Boltzmannstr. 15, D-85748 Garching,

Tel. +49 (0) 89 28 91 51 95,

E-Mail: Brandenburg@tum.de

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Schärfen Sie Ihren Blick für neue Märkte und verschaffen Sie sich einen Überblick zum aktuellen

Stand der Technik. Mit diesem Sammelband bekommen Sie nützliche Anregungen zu den Themen

Feldbus, Asset-Management, Geräteintegration, Instandhaltung, Anlagensicherheit oder Umbau

bestehender Produktionseinrichtungen.

atp edition erscheint in der Oldenbourg Industrieverlag GmbH, Rosenheimerstr. 145, 81671 München

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praxis

Automatisierte Messdatenauswertung

beschleunigt Entwicklungsprojekte

Mit einem selbst entwickelten Tool macht Daimler manuelle Abläufe überflüssig

Auch in der Fahrzeugentwicklung müssen immer

mehr Messdaten erfasst und ausgewertet werden.

Daimler gelingt es, mit einem eigens entwickelten Tool

die Messdatenverarbeitung zu automatisieren und so den

Zeitaufwand erheblich zu reduzieren.

Die Messdatenerfassung und damit verbundene Messdatenauswertung

in der Truckentwicklung auf Extremerprobungen

im In- und Ausland haben in den letzten Jahren

einen immer größeren Umfang angenommen. Die Messdaten

werden über verschiedene Wege (WLAN, USB-Stick,

manuelle Synchronisation eines Messrechners) auf einen

Auswerterechner übertragen, müssen dann ausgewertet

und den Fachbereichen angepasst bereitgestellt werden.

AUSWERTUNG ERFORDERTE VIEL MANUELLE ARBEIT

Da die Daten aber zu unterschiedlichen Zeiten eintreffen

und über einzelne Auswertescripte auch mehrere

Teilauswertungen nacheinander ablaufen müssen, ist

stets viel manuelle Arbeit erforderlich. Zudem müssen

Listen geführt werden, die zeigen, was bereits ausgewertet

ist. Das VBScript „AutoAuswert“ nutzt die

Scriptmöglichkeiten des Tools DIAdem von National

Instruments, um einen Rahmen für eine automatisierte

Messdatenauswertung zu bieten, indem die vorhandenen

Auswertescripte gesammelt sowie in richtiger Reihenfolge

und unabhängig vom Zeitpunkt des Datenauftretens

ausgeführt werden.

Bild 1: Im

Hauptdialog von

„AutoAuswert“

können die

Konfigurationen

erstellt, verwaltet,

einzeln

gestartet und die

automatische

Auswertung in

verschiedenen

Modi gestartet

werden.

Bild 2: Der Konfigurationsdialog

erlaubt es, die Konfiguration

zu benennen, ein Datenverzeichnis

und die einzelnen

Auswertescripte zuzuweisen,

zu verwalten oder einzeln

auszuführen.

Bild 3: Beispiele für Auswertungen:

Mit den zugewiesenen

Auswerte scripten werden unter

anderem PDF-Übersichten der

Messdaten erstellt, GPS-Daten

extrahiert, PDF-Streckenübersichten,

Excel-Übersichten über die

vorhandenen Messdateien und auch

MinMittelMax-Listen erstellt.

Bilder: Daimler

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atp edition

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Die Idee zu dem VBScript „AutoAuswert“ entstand

während einer Erprobung im Jahre 2007, an der die noch

überschaubare Zahl von fünf Fahrzeugen teilnahm. Aber

auch damals schon kamen die Fahrzeuge und somit die

Messrechner mit den erfassten Messdaten zu unterschiedlichen

Zeiten von ihren Ausfahrten zurück und

die Auswertung wurde mit mehreren Auswertescripten

nach der Rechnersynchronisation manuell ausgeführt.

Dabei musste pro Fahrzeug eine Liste zum Stand der

Auswertungen geführt werden.

Um diesen Aufwand zu vermeiden, entstand die Idee,

ein Werkzeug zu entwickeln, das es ermöglicht, mehrere

Auswertescripte auf mehrere Datenverzeichnisse

anzuwenden. Noch während dieser Erprobung wurde

ein Prototyp erstellt – heute heißt dieses Werkzeug „AutoAuswert“.

„AUTO-AUSWERT“: DER HAUPTDIALOG

Im Hauptdialog können die Konfigurationen erstellt, verwaltet,

einzeln und die automatische Auswertung in verschiedenen

Modi gestartet werden. Eine Konfiguration

stellt jeweils ein Fahrzeug oder einen Prüfling mit einem

Datenverzeichnis dar.

Die konfigurierbaren Intervall- und Pausenzeiten sind

als globale Variablen in den innerhalb einer Konfiguration

zugewiesenen Auswertescripten verwendbar. Auf

diese Weise kann während der Scriptentwicklung kontrolliert

werden, ob das Auswertescript fehlerfrei abgearbeitet

wird. Später, für die automatische Auswertung,

werden dann kleinere Pausenzeiten eingestellt.

Darüber hinaus sind Hilfsfunktionen zum Löschen der

Zählerstände und Hilfsdateien sowie zum automatischen

Herunterfahren des Auswerterechners integriert.

Die Konfigurationen lassen sich für die automatische

Auswertung aktivieren oder deaktivieren. Ist einer Konfiguration

ein Datenverzeichnis zugewiesen, lässt sich

diese direkt aus dem Dialog heraus im Windows Explorer

öffnen.

DER KONFIGURATIONSDIALOG

Im Konfigurationsdialog können die Konfiguration benannt,

ein Datenverzeichnis zugewiesen und die einzelnen

Auswertescripte zugewiesen, verwaltet oder einzeln

ausgeführt werden. Die Auswertescripte werden bei der

automatischen Ausführung dann auch in dieser Reihenfolge

ausgeführt. Sind zu einem Auswertescript eine Inioder

eine Logdatei vorhanden, können diese zur Sichtung

oder Bearbeitung auch direkt aus dem Dialog im Editor

aufgerufen werden.

AUTOMATISCHE AUSWERTUNG

Gestartet wird eine automatische Auswertung mit

„Start ein Durchlauf“ oder „Start Dauer“. Bei „Start

Dauer“ wartet „AutoAuswert“ nach einem kompletten

Durchlauf die konfigurierte Intervallzeit und beginnt

wieder von vorn, bis der Anwender unterbricht oder ein

konfiguriertes Beenden und Herunterfahren des Rechners

aktiv wird.

Die Entscheidung, wann eine aktivierte Konfiguration

ausgeführt wird, erfolgt über einen simplen Dateizählervergleich

mit dem Datenverzeichnis. „AutoAuswert“

geht dabei alle aktiv konfigurierten Konfigurationen

durch. Und wenn der Zählerstand gegenüber dem letzten

Durchgang nicht übereinstimmt, wird diese dann ausgeführt.

Innerhalb der Konfiguration werden wiederum

alle aktiv konfigurierten Auswertescripte ausgeführt. In

den Auswertescripten ist die Intelligenz vorhanden, um

zu entscheiden, ob und wie eine Messdatei auszuwerten

ist. Nach dem Ausführen einer Konfiguration wird der

Zählerstand des zugehörigen Datenverzeichnisses abgespeichert,

damit dieser beim nächsten Durchgang erneut

für den Vergleich zur Verfügung steht.

Mit den zugewiesenen Auswertescripten werden unter

anderem PDF-Übersichten der Messdaten erstellt, GPS-

Daten extrahiert, PDF-Streckenübersichten erstellt, Excel-Übersichten

über die vorhandenen Messdateien und

auch MinMittelMax-Listen erstellt. Insgesamt können

bis zu 200 Konfigurationen erstellt und jeweils bis zu 200

Auswertescripte eingebunden werden.

ZUSAMMENFASSUNG

Mit den Scriptmöglichkeiten von DIAdem war es möglich,

zu den schon vorhandenen Auswertescripten einen Rahmen

zu schaffen, der die früher manuelle Ausführung

von Auswertescripten nun automatisiert und sehr flexibel

zur Verfügung stellt. Vorhandene Auswertescripte können

direkt oder mit sehr wenig Anpassung direkt integriert

werden und bieten zusammen mit den Funktionen

von „AutoAuswert“ eine effiziente und zeitsparende Auswerteeinheit.

autor

Sven ArmBruSt

ist im Bereich „Operative

Messtechnik Triebstrang“

bei der Daimler AG in

Stuttgart tätig.

daimler AG,

Abteilung tP/PPP/HPC A 610,

mercedesstraße 137, d-70546 Stuttgart,

tel. +49 (0) 711 175 71 30,

e-mail: sven.armbrust@daimler.com

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impressum / vorschau

impressum

vorschau

Verlag:

Oldenbourg Industrieverlag GmbH

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:

Dr.-Ing. K. D. Bettenhausen

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-Gesellschaft

Mess- und Automatisierungstechnik)

und der NAMUR (Interessengemeinschaft

Automatisierungstechnik

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

Telefon + 49 (0) 89 4 50 51-4 18

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

E-Mail: huetter@oiv.de

Einreichung von Hauptbeiträgen:

Prof. Dr.-Ing. Frank Schiller

(Chefredakteur, verantwortlich für

die Hauptbeiträge)

Technische Universität München

Lehrstuhl f. Informationstechnik

in Maschinenwesen

GF Automatisierungstechnik

Boltzmannstraße 15

D-85748 Garching bei München

Telefon + 49 (0) 89 28 91 6402

E-Mail: schiller@oldenbourg.de

Fachredaktion:

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Prof. Dr. J. Jasperneite

Dr. B. Kausler

Dr. N. Kiupel

Dr. W. Morr

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„atp edition – Automatisierungstechnische

Praxis“ erscheint

monatlich mit einer Doppelausgabe

im Januar/Februar und Juli/August.

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in EU-Staaten die Mehrwertsteuer,

für alle übrigen Länder sind es

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Mitglieder der GMA: 30% Ermäßigung

auf den Heftbezugspreis.

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möglich.

Die Kündigungsfrist für Abonnementaufträge

beträgt 8 Wochen zum

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Am Luftschacht 12

45292 Essen

Gedruckt auf chlor- und

säurefreiem Papier.

Die atp wurde 1959 als „Regelungstechnische

Praxis – rtp“ gegründet.

© 2011 Oldenbourg Industrieverlag

GmbH München

Die Zeitschrift und alle in ihr enthaltenen

Beiträge und Abbildungen sind

urheberrechtlich geschützt. Mit Ausnahme

der gesetzlich zugelassenen

Fälle ist eine Verwertung ohne Einwilligung

des Verlages strafbar.

ISSN 2190-4111

Die AusgAbe 5 / 2011 Der

erscheinT Am 26.4.2011

miT folgenDen beiTrägen:



(Teil II)

Tests von Feldgeräten mit

Profibus PA-3.02

Holistic Workspace – den

Leitstand der Zukunft gestalten

WIA-PA: a New Standard

for Industrial Wireless

Communication

Roadmap Automation

2020+ Energie

...und vielen weiteren Themen.

Aus aktuellem Anlass können sich die Themen

kurzfristig verändern.

Leserservice

e-mAil:

leserservice@oiv.de

Telefon:

+ 49 (0) 931 4170-1615

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

legt die Fachpublikation atp edition die Buchreihe atp kompakt auf. Alle darin enthaltenen Beiträge haben

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Herausgeber Prof. Dr.-Ing. Frank Schiller leitet am Lehrstuhl für Informationstechnik im Maschinenwesen der

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