Redundantes Leitsystem für die Herstellung von Holzfaserplatten
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Anwendungen auf Windows-basierten Systemen sind heute ein weit verbreiteter Standard in der Automatisierungstechnik. Leistungsfähige, objektorientierte Frameworks bilden den Kern von Applikationen ...

Anwendungen auf Windows-basierten Systemen sind heute ein weit verbreiteter Standard in der Automatisierungstechnik. Leistungsfähige, objektorientierte Frameworks bilden den Kern von Applikationen für Fertigungs- und Prozessleitsysteme. Aufgrund der Flexibilität solcher Frameworks entstehen Lösungen für die unterschiedlichen Industriebereiche mit Skalierungsstufen von einzelnen Arbeitsstationen für eine Maschine oder einen Anlagenteil bis hin zu ganzen Bereichen und kompletten Fabriken.

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Redundantes Leitsystem für die Herstellung von Holzfaserplatten Redundantes Leitsystem für die Herstellung von Holzfaserplatten Document Transcript

  • Fertigungs- & Maschinenautomation Redundantes Leitsystem für die Herstellung von Holzfaserplatten Anwendungen auf Windows-basierten Systemen sind heute ein Thomas Schulz weit verbreiteter Standard in der Automatisierungstechnik [1, 2]. Leistungsfähige, objektorientierte Frameworks bilden den Kern Frank Mönkemeyer von Applikationen für Fertigungs- und Prozessleitsysteme. Auf- dienplätze im Client-Server-System in grund der Flexibilität solcher Frameworks entstehen Lösungen überschaubarer Zeit realisiert werden. für die unterschiedlichen Industriebereiche mit Skalierungs- Herstellung von Holzfaserplatten stufen von einzelnen Arbeitsstationen für eine Maschine oder Holzprodukte müssen bei definierter einen Anlagenteil bis hin zu ganzen Bereichen und kompletten technischer und ökologischer Qualität Fabriken. preiswert sein, um ihnen im internatio- nalen Wettbewerb und gegenüber Sub- In einem Werk zur Herstellung von Holzfaserplatten wurde bereits Leitsys- temtechnik eingesetzt. In einem Reengi- neering-Projekt, in dem ein redundantes Leitsystem aufgebaut werden sollte, mus- ste sichergestellt werden, dass die vor- handene Bedienphilosophie soweit wie möglich nachgebildet wird. Die Darstel- lung von Anlagen und Maschinen im Leitsystem soll den Bedienern erlauben, intuitiv und schnell in die Prozesse ein- zugreifen. Von zwei zentralen Schaltwar- ten aus können alle Bilder der Applikation aufgerufen sowie diverse Sollwerte für den Prozess vorgegeben werden (Bild 1). Mit dem Projekt wurde das Unterneh- men Gefat [3] beauftragt, das als Solution Provider des Frameworks FactoryTalk der Firma Rockwell [4] tätig ist. Mit Ihren branchenspezifischen Erfahrungen kön- Dipl.-Ing. Thomas Schulz ist als Account Manager im Unternehmen Rockwell Automation für den Be- reich Software in Norddeutschland zuständig. Bild 1. Typische Darstellung eines Anlagenteils zum Transport der Hackschnitzel E-Mail: tschulz@ra.rockwell.com nen so maßgeschneiderte Leitsysteme für stitutionsmaterialien traditionelle Ver- hohe Qualitätsansprüche basierend auf wendungsbereiche zu sichern. Dabei wird Standardsoftware entwickelt werden. Holz nach unterschiedlichen Verfahren Aufgabe war es, bei Einhaltung der vor- behandelt sowie be- und verarbeitet. Zur gegebenen Zeitfenster, die veraltete vor- Sicherstellung der Wettbewerbsfähigkeit Frank Mönkemeyer ist geschäfts- führender Gesellschafter der Gefat handene Software abzulösen. Die größte und der erwünschten Erweiterung der Gesellschaft für Automatisierungs- Herausforderung für die Planungsingeni- Verwendung sind die verfahrenstechni- technik mbH in Hessisch Olden- eure war die Forderung nach möglichst schen Prozesse der Be- und Verarbeitung dorf. kurzen Stillstandszeiten. Die im Vorfeld rationeller und wirtschaftlicher zu ge- angepasste Produktionsplanung ermög- stalten. Dabei dienen die Erfassung und E-Mail: f.moenkemeyer@gefat.de lichte Umbauzeiten bis maximal eine die Verbesserung der Produktionsprozes- Woche pro Produktionseinheit bei mini- se, die Entwicklung von Prozessmodellen malem Anlagenstillstand von wenigen und die Anwendung kontinuierlicher Stunden. So konnten über 170 Prozess- Prozesskontrollen der Sicherung der Pro- darstellungen für fünf unabhängige Be- duktqualität. 2 Heft 11/2006 •
  • Fertigungs- & Maschinenautomation fachung der Serverfunktionalitä- Domain Controller Win XP Win 2003 ten den Anforderungen nach Win 2003 Server FactoryTalk View FactoryTalk View Verfügbarkeit gerecht werden. Clients Clients Dies wird gewährleistet durch die Server-Domain Visu1 Visu2 Visu3 Visu4 Visu… Tatsache, dass ein Client nicht Drucker Drucker starr an einen Server gebunden ist und Teilfunktionalitäten von TCP/IP dem entsprechenden Server be- primärer redundanter ziehen kann. Auch die Umschal- Server Server tung und der Datenabgleich von Win 2003 Server Win 2003 Server Teilfunktionalitäten sind gege- FactoryTalk View FactoryTalk View ben. Clients Clients OPC-Server OPC-Server TCP/IP Visualisierung der Prozesse H1 Mit dem Austausch der kon- ventionellen und veralteten Be- CPU CPU CPU CPU CPU CPU dien- und Beobachtungselemen- Anlage 1 Anlage 2 Anlage … Anlage 3 Anlage 4 Anlage … te sollte auch der bestehende Automatisierungsgrad gesteigert werden. Bild 2 zeigt schematisch Bild 2. Netzwerktopologie der Anlage die Netzwerkanbindung zwischen den Automatisierungsgeräten, Holzfaserplatten sind ein plattenförmi- schiedene Arten erreicht werden: die den redundanten Servern und Clients als ger Werkstoff, mit einer Nenndicke von passive Redundanz oder die aktive Re- Bedienstationen. Zur Visualisierung wur- 5 mm bis 8 mm oder größer, hergestellt dundanz, jede dieser beiden Varianten de die Standard-Scada-Komponente Fac- aus Zellulosefasern unter Anwendung mit sehr unterschiedlichen Konsequen- toryTalk View ausgewählt. Die Client- von Druck und Hitze. Die Bindung der zen. Server-Architektur bildet eine ideale Fasern beruht auf der Verfilzung der Fa- Passiv redundante Systeme, wie Stand- Plattform für die geforderte Flexibilität. sern und deren Verklebungseigenschaf- by Server oder Cluster können lediglich Die Anbindung des Systems an die Auto- ten sowie auf der Zugabe von syntheti- Hochverfügbarkeit und keineswegs eine matisierungsgeräte wurde mit OPC reali- schen Bindungsmitteln. Die Herstellung ununterbrochene Betriebsbereitschaft ge- siert. von Mitteldichten Faserplatten (MDF) währleisten. Um eine Anwendung auf ein Das Scada-System bietet als User-Inter- mit einer Rohdichte von 450 kg/m3 er- alternatives System umzuschalten, sind face mit seinen grafischen Objekten mit folgt nach dem Trockenverfahren. Bei bis zu mehreren Minuten nötig, wobei der Animationen viele Möglichkeiten, Pro- diesem Verfahren werden getrocknete aktuelle Status der laufenden Applikation zesszustände realistisch und anwender- und beleimte Fasern durch Schüttung zu verloren gehen kann. freundlich nachzubilden. Dazu gehören einem endlosen „Kuchen“ geformt und Aktiv redundante Systeme bieten einen neben der Verwaltung von Soll- und Ist- durch Pressen unter Hitzeeinwirkung zu alternativen Applikations-Server, der pa- werten in Rezepturen auch Anzeigen von Platten gefertigt. Die Spanplatte ist das rallel zur gleichen Zeit die gleichen Auf- Störmeldungen, die automatische Be- am meisten verwendete Plattenprodukt gaben verarbeitet und beim Auftreten ei- nachrichtigung des Wartungspersonals weltweit. Die Anwendungsmöglichkei- nes Fehlers die Fortsetzung der Verarbei- sowie eine Analysemöglichkeit verschie- ten sind Möbel, Innenausbau, Fußböden tung übernimmt. Da es zur gleichen Zeit dener Prozesszustände. Damit erhält der und das Bauwesen. Der Produktbereich zumindest zwei Rechner gibt, die sich mit Bediener ein hohes Maß an Übersicht- umfasst alle Prozessschritte, einschließ- den gleichen Daten beschäftigen und auf lichkeit über die aktuellen Produktions- lich Hackschnitzelwaschanlagen, Faser- diese Daten auch gleichzeitig zugreifen prozesse seiner Anlage. aufbereitung, Trocknung, Sichtung, For- können, wird ein Fehler einer einzelnen mung, Pressen und Endfertigung, ein- Komponente nicht wahrnehmbar, weder Optimierung der Anwendung schließlich Energieanlagen und Prozess- für die Applikation noch für den Anwen- FactoryTalk hat eine Reihe von Mecha- automation [5]. der. nismen, um verteilte Applikationen zu re- Die OPC-Server und FactoryTalk View alisieren. Wenn Informationen eines Ser- Redundanzkonzepte stellen die ermittelten Prozessdaten als vers vielen Clients basierend auf einer er- zur Ausfallsicherheit Server im Netzwerk zur Verfügung. Dies eignisgesteuerten und asynchronen Kom- Um einen auftretenden Fehler zu be- ermöglicht die Einrichtung und das Betrei- munikation verfügbar gemacht werden wältigen muss immer eine alternative ben von mehreren Bedienplätzen, die als sollen, kommen dabei die Vorteile des Komponente vorhanden sein. Diese über- Clients auf diese Daten zurückgreifen. Der Systems zum Tragen. Wichtige Dienste nimmt bei Auftreten eines Fehlers die Ausfall eines Bedienplatzes führt dabei für sind dabei Mechanismen für das Publi- Funktion der Original-Komponenten. die Anlage zu keinen Schwierigkeiten, da zieren und Abonnieren von Daten im Daher ist die Redundanz von Kompo- die Bedienung von einem der anderen Netzwerk. Die Veranlassung der Über- nenten eine grundsätzliche Vorausset- Rechner übernommen werden kann. mittlung von Daten geschieht ereignisge- zung für ein System, das sich entweder Wenn hohe Sicherheits- oder Verfüg- steuert. Diese Ereignisse können Aktionen nach einem Fehler wiederherstellt oder in barkeitsanforderungen an ein solches in Objekten auslösen. irgendeiner Form den Fehler übergeht. Leitsystem bestehen, kann ein Konzept Eine Stärke des Systems ist die Unter- Diese Redundanz kann auf zwei ver- durch Verdoppelung oder sogar Verviel- stützung des Übertragungsverfahrens 4 Heft 11/2006 •
  • Fertigungs- & Maschinenautomation nach Wertänderung. Diese Informationen beitsplätzen erstellen und testen, um es [2] Bilstein, H.; Schulz, T.: Reengineering am Bei- werden von den OPC-Servern bereitge- dann ohne großen Aufwand in das spiel eines Heizkraftwerkes. etz Elektrot. + stellt. Das bedeutet, dass man bestimmte Client-Server-Netzwerk des Anlagenbe- Autom. 121 (2000), H. 6, S. 28-30 [3] Gefat Gesellschaft für Automatisierungstechnik Objektarten so konfigurieren kann, dass reiches zu portieren. mbH: www.gefat.de sie eine Information absetzen, wenn sich [4] Rockwell Automation: ihr Status ändert oder der aktuelle Wert www.rockwellautomation.de. um einen definierten Schwellenwert ge- Literatur [5] Mönkemeyer, F.; Schulz, T.: Betriebsdatenerfas- [1] Georgiew, A.; Schulz, T.: Feuerverzinken – si- sung in der Produktion von Laminatfußböden. ändert hat. Effizient ist die Übertragung etz Elektrot. + Autom. 126 (2005), H. 10, cher ins Jahr 2000. etz Elektrot. + Autom. 120 bei Wertänderung zum Beispiel für die S. 20-21 s (1999) H. 19, S. 16-19 Versorgung eines Anlagen- bildes mit dynamischen Echtzeit-Daten oder zur Ver- meidung von unnötiger Netzwerkbelastung. Die Aufgabe des Servers ist es, vorliegende Informa- tionen mit einem Algorith- mus so zu speichern, dass Clients schnell, umfassend und effektiv darauf zugreifen können. Es wird überprüft, ob der Client Informationen zum ersten Mal abfragt oder schon früher einmal abge- fragt hat. War der Client schon einmal mit dem Server verbunden, verfügt er bereits über die aktuellen Informa- tionen. Für einen Client, der sich zum ersten Mal mit dem Server verbindet, werden diese automatisch zur Verfü- gung gestellt. Bei mehreren Anfragen wird nicht jedes Mal ein ei- gener Prozess erzeugt, son- dern nur ein Thread, also ein parallel ausführbarer Pro- gramm-Prozess, abgearbei- tet. Daher sind bei konkur- rierenden Anfragen keine Prozesswechsel des Betriebs- systems notwendig und es tritt dadurch eine deutliche Geschwindigkeitsverbesse- rung ein. Mit den verteilten Informationen bietet das System Anwendern die Mög- lichkeit eines zentralen Zu- griffs auf Daten, die sich an verschiedenen Stellen des Gesamtsystems befinden. Ein Anwender muss Ressourcen und Ressourcengruppen nur einmal definieren und kann sie anschließend wiederholt einsetzen. Physikalische Standorte werden dadurch zur Nebensache. Dadurch können Anwender ein um- fangreiches, verteiltes Netz- werksystem an einem oder mehreren Entwicklungsar- • Heft 11/2006 5