Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung

PCFF: Plug&Control für die Flexible Fördertechnik

Die Anlagenprojektierung ist ein kreativer Prozess, bei dem viele Ingenieure ihr Wissen und ihre Erfahrung einbringen. Sie erfolgt heute häufig manuell und ist dabei mit hohen Kosten und Fehleranfälligkeit, unzureichender Flexibilität und einem unbefriedigenden Zeitverhalten verbunden. Ziel des Entwicklungsprojekts der GEBHARDT Fördertechnik GmbH, cjt Systemsoftware AG und der Forschungspartner IOSB und KIT/IFL ist die Entwicklung standardisierter, flexibler und adaptiver Fördertechnikmodule inkl. eines Automatisierungs-Frameworks zur schnellen, kostengünstigen Projektierung, Bedienung und Überwachung von Anlagen, insbesondere Förderstrecken, aus dem Bereich der Intralogistik. Dadurch soll das Prinzip des Plug&Control für flexible Fördertechnik (PCFF) realisiert werden können.

 

 

Die zum Einsatz kommenden Technologien sind dezentral gesteuerte Algorithmen aus der Informatik, die Erweiterung der Fördermodule um eine mechanisch-elektronischer Kopplung, sowie ein flexibles, auf Wissen, Softwaretechnik und Interoperabilitätsmechanismen basierendes Projektierungs-Framework für Softwaresysteme an der Schnittstelle zwischen Produktion und Mensch.

 

Das Projekt läuft von 2013 bis 2015 und wird gefördert unter dem Förderkennzeichen ZIM KF2074712KM2.

Das Fraunhofer IOSB bearbeitet das Teilprojekt „Entwicklung der semantischen Interoperabilität übergeordneter Steuerungs- und Überwachungssysteme“.

Motivation

Motivation

Die Anlagenprojektierung ist ein kreativer Prozess. Viele Ingenieure aus unterschiedlichen Fachbereichen bringen ihr Wissen und ihre Erfahrung ein, um Produktionsanlagen zu einem funktionsfähigen Verhalten zu verhelfen und deren Betrieb fehlerfrei zu gestalten.

Die Projektierung von Anlagen erfolgt heutzutage in fast allen Domänen teilweise manuell - beispielsweise durch den Betreiber oder durch entsprechendes Fachpersonal. Das bedeutet, dass bei jeder Änderung bzw. bei jedem Umbau der Anlage üblicherweise eine umfangreiche und wiederum manuelle Neuprojektierung notwendig ist. Dieser Vorgang ist dabei oftmals mit sehr hohen Kosten, unzureichender Flexibilität, hoher Fehleranfälligkeit und einem unbefriedigenden Zeitverhalten verbunden.

Die Forderung nach automatisierten Prozessabläufen in Bezug auf die Projektierung rückt dadurch immer mehr in den Vordergrund. Automatisierte Abläufe gehen einher mit einem durchgängigen Datenaustausch, da das Wissen der Ingenieure in die Systeme in Form von Daten und Informationen eingebracht wird.

In diesem Zusammenhang fehlen jedoch geeignete bzw. standardisierte Mittel zur Beschreibung von Anlagen und Technik. Diese sind bei der automatisierten Verarbeitung, z. B. zum Zwecke der Visualisierung, notwendig.

Viele Anlagenbetreiber entwickeln oder nutzen also unterschiedliche und teilweise auch proprietäre Systeme, wodurch ein produkt- bzw. firmenübergreifender Informationsaustausch beeinträchtigt wird. Als weitere Forderung ergibt sich somit allgemein der Wunsch nach weitgehend domänenunabhängiger Standardisierung in der Kommunikation und Beschreibung, speziell in der Förderbranche nach Beschreibung von Förderanlagen bzw. -technik.

Ziele

Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines Automatisierungs-Frameworks zur Projektierung sowie zur Bedienung und Überwachung von Anlagen, insbesondere Förderstrecken.

So wird das Prinzip des PCFF – Plug and Control für Flexible Fördertechnik - realisiert. Ausgehend vom Prinzip der Modularisierung wird die Wandlungsfähigkeit auf allen Ebenen in Hardware (Mechanik und Elektrik) und Software (Steuerung, überlagerte IT-Systeme) genutzt, um eine einfache Erweiterbarkeit des Systems zu gewährleisten. Das bedeutet, dass z. B. einzelne Förder-Module mit minimalem Arbeitsaufwand zu komplexen Stetigförderern zusammengesetzt werden können (»Plug&Work«). Eine derart konfigurierte Förderstrecke kann direkt in Betrieb genommen werden (»Plug&Play«), wodurch der Ausfall bzw. die Dauer des Stillstands einer Produktion reduziert bzw. minimiert wird (»Plug&Produce«). In einem weiteren Schritt, der gleichzeitig Kernvorhaben und Ziel dieses Projekts darstellt, wird eine automatisierte Übernahme, Projektierung sowie Anbindung an vorhandene Leitsysteme ermöglicht. Dazu wird eine standardisierte Beschreibung der gesamten Fördertechnik (Hardware, Topologie, Topographie, Geometrie etc.) zum Zwecke der Datenverarbeitung benötigt. Die anschließende Bedienung und Überwachung der Förderanlage durch ein beliebiges Leitsystem stellt schließlich das Prinzip des »Plug&Control« für flexible Fördertechnik dar.

Lösung

Zur Erreichung des gesetzten Ziels (‚PCFF‘) wurden von der Fa. Gebhardt Fördertechnik GmbH die benötigten Fördersysteme (FlexConveyor-Module), die zum Zwecke der Visualisierung zu unterschiedlichen Stetigförderern zusammengesetzt und konfiguriert werden, bereitgestellt. Damit einhergehend wurde von der Gebhardt Fördertechnik GmbH die relevante Mechanik und Elektronik der Fördersysteme entwickelt und bereitgestellt. Die Fa. cjt Systemsoftware AG konzipierte ein Framework für die Visualisierung der Förderstrecken auf unterschiedlichen Leitsystemen. Für die Beschreibung von beliebiger (insbesonders konventioneller) Fördertechnik wurde von den Projektpartnern gemeinsam ein Konzept erarbeitet, das zur Entwicklung einer Beschreibungssprache (Conveyor Description Language, CDL) diente.

Auf diesen Bestandteilen aufbauend wurden vom Fraunhofer IOSB und KIT/IFL schließlich Schnittstellen und Komponenten entworfen, die eine automatisierte Überführung der realen, strukturellen Zusammensetzung der Förderelemente bzw. der Förderstrecke in eine systemunabhängige Beschreibung zum Zwecke der Visualisierung und Bedienbarkeit vornahmen. Dabei wurde auf vorhandene Konzepte wie z. B. die Automation Markup Language (AutomationML) zurückgegriffen.

In diesem Rahmen stellte das Fraunhofer IOSB eine standardisierte Schnittstelle bereit, die eine automatisierte Projektierung ermöglicht. Diese Schnittstelle ist dabei Teil eines Frameworks, welches zur Kommunikation und weiteren Verarbeitung der AutomationML-Daten mit dem Framework der cjt Systemsoftware AG diente. Die entwickelten Konzepte und Strukturen sind domänenunabhängig und somit weitestgehend universell einsetzbar. Evaluiert wurden sie im Bereich Fördertechnik für verschiedene Leitsysteme (Siemens WinCC, Fraunhofer ProVis und Gebhardt Visualisierung). Die Prozesskontrolle erfolgte hier über OPC UA.

 

PCFF-Film