Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB

Virtuelle Leittechnik-Inbetriebnahme

Betreiber komplexer Produktionsanlagen erhöhen den Kostendruck auf ihre Anlagenlieferanten. Diese können vor allem in der Planung und Inbetriebnahme der Anlagen noch Potenziale ausschöpfen: sie ziehen Schritte von der Baustelle vor in die virtuelle Welt. Dabei spielen unterschiedliche Komponenten und Systeme zusammen (siehe Abbildung 1).

Das Fraunhofer IOSB ist eines des wenigen Institute, das mit den Tools verschiedener Hersteller arbeitet. Sie können sich bei uns bereits erste Applikationen ansehen!


 


Abbildung 1: Unterschiedliche Komponenten der virtuellen Produktion

Auf unterster Ebene befinden sich Anlagen, die real (in Stahl und Eisen), oder in Simulationssystemen bzw. in einer virtuellen Welt existieren können. An diese Anlagen sind Steuerungen wie SPSen gekoppelt, die die Anlagen steuern und Werte auf höhere Ebenen kommunizieren können. Auch die Steuerungen können real oder virtuell sein. Wichtig dabei ist, dass die reale Kommunikationsart zwischen den Steuerungen und den Anlagen verwendet wird, damit auch Modelle der Digitalen Fabrik [VDI-Richtlinie 4499], also der virtuellen Welt, die Realität optimal widerspiegeln und als Testgrundlage für sie dienen.

Über diesen Steuerungen gibt es häufig Order Management Systeme und ‚Wartensysteme‘. Ihre Aufgabe ist es, die Produktion zu überwachen, bei Fehlern zu alarmieren und steuernd in den Prozess einzugreifen. Order Management Systeme haben dabei eine Produktsicht. Sie übermitteln Aufträge an die Steuerung und erhalten die Ergebnisse der einzelnen Produktionsschritte. Die Wartentechnik hingegen besitzt eine Ressourcen- oder Produktionsmittelsicht auf die Produktion. Sie arbeitet beispielsweise mit Arbeitszeitmodellen, auf Grund derer Anlagen geschaltet werden. Gleichzeitig wertet sie die aus der Produktion übermittelten Signalwerte aus, speichert sie und aggregiert Einzelwerte zu Kennzahlen. Ein Wartensystem bezeichnet ein komplexes zentrales oder dezentrales IT-System zur Erfassung, Aggregation/Verdichtung und Verarbeitung von Prozesssignalen und –werten in Realzeit. Es wirkt automatisiert oder durch Benutzereingriffe steuernd auf Fertigungs- und Montageprozesse ein.

Die Leit- und Wartentechnik muss vor Ihrem Einsatz konfiguriert werden. Diesen Prozess nennt man auch Projektierung. Dabei müssen Topologie und Struktur der betreffenden Produktionsanlage und Informationen über die Ein- und Ausgänge der Komponenten im Produktionsprozess projektiert werden. Darüber hinaus sind Prozessführungsbilder zur Visualisierung des aktuellen Produktionsgeschehens erforderlich.

Heute verursacht die Projektierung bei den marktgängigen Leitsystemen manuellen Aufwand, da ein Projektierer Informationen aus der Anlagenplanung in das Projektierungstool des Leitsystems eingeben muss.


Die Leittechnik-Projektierung erfolgt meist erst am Ende des Planungs- bzw. Umplanungsprozesses. Meist existiert die Anlage dann bereits. Die Leittechnik wird also an der realen Hardware evaluiert. Erkannte Fehler führen zu zeit- und kostenintensiven Korrekturen an der realen Anlage oder am realen IT-System. Die Fehlersuche sollte stattdessen in frühere Phasen verlagert werden.
Bei der Nutzung der Digitale Fabrik ergeben sich nun bestimmte Wechselwirkungen zwischen Leit- und Wartentechnik und den unterlagerten SPSen und Anlagen.

Ziel der Digitalen Fabrik ist die Evaluation der Konfigurationen und entwickelten Komponenten in der virtuellen Welt. Planungsfehler können so frühzeitig erkannt und bereinigt werden. Anlagen werden also in der virtuellen Welt aufgebaut. Wichtig ist dabei, dass sie nicht simuliert, sondern emuliert werden, also das reale Verhalten abbilden. Daher sollten auch die SPS-Programme, die auf die Anlage einwirken und deren Verhalten mit gestalten, realitätsnah sein. Bei heutigen Systemen der Digitalen Fabrik (Bsp. WinMod, Delmia, …) können also reale SPSen ebenso angeschlossen werden wie ihre virtuellen Repräsentationen (sog. Soft-SPSen). Die Leit- und Wartentechnik, die an die Anlagen und SPSen gekoppelt ist, kommuniziert mit diesen.

Es ist ein elementarer Vorteil, dass ein Leitsystem den Unterschied zwischen virtueller und realer Steuerung bzw. Anlage nicht bemerkt.  Der volle Leistungsumfang eines Leitsystems steht sofort zur Verfügung und kann zu diesem Zeitpunkt bereits genutzt werden. Es hat also auf reale und virtuelle Welt die gleiche Sicht. Dieser Umstand lässt sich zum Vorteil beider Seiten nutzen. Beispielsweise muss zur Auswahl eines geeigneten SPS-Programms die Auftragsnummer aus der Leittechnik an die SPS übermittelt werden. Gleichzeitig kann man die Leittechnik aber auch nicht ohne entsprechende Repräsentationen der Anlagen und SPS, sowie deren Verhalten (Ein-/Ausgabesignale) testen. Dadurch wird eine Effizienzsteigerung im Betrieb erreicht.

Sind Sie an weiteren Informationen zu diesem Thema interessiert?
Wir bieten Ihnen auch gerne einen Workshop zum Einstieg in die virtuelle Leittechnik-Inbetriebnahme an.