Automationskonzepte

Entwerfen, Erstellung und Wartung von Steuerungenprogrammen wesentliche Kostenfaktoren 30-50% Planungskosten zur Programmierung schwierige Unsicherheitsfaktoren hohe Folgekosten bei Problemen Anlageschäden verzögerte Inbetriebnahme

Vorgehensweise bei der Lösung von Steuerungsaufgaben Effizientes Vorgehen verlangt Richtlinien Planungsprozess ist effizient, wenn gesamthaft optimal verfahren wird Strukturiertes Vorgehen für kleine und grosse Projekte gleichermassen von Bedeutung

Betrachtungsweisen: 4+1-Modell nach Kruchten Wie wird die Softwareerstellung organisiert? Was soll das System können? Wie sieht die Systemstruktur aus? Wie ist die Architektur der Applikation?

Was soll das System können: Funktionskonzepte Aufgabe: Vereinheitlichung der Funktionalität

Strukturierungskonzepte

Strukturierungskonzepte Aufgabe: Glieder der Aufgaben festlegen

Implementierungskonzepte Stark von der Entwicklungsumgebung abhängig

Systemstruktur

Ziel der Funktionskonzepte Vereinheitlichung der Funktionalität für Namensgebung der Typen und ihrer Instanzen Sicherheitsfunktionen Bedienung, Parametrisierung Synchronisationprinzipien Automationsgrade Koordinationssteuerungen, Rezepturprinzipien, Teach-in Betriebsarten, Statuskonzept

Wieso Funktionskonzepte funktionsfähige Anlage vor bankrott im Chaos einfachere Anlagenbedienung konsistene Programmierung erweiterbare Lösung Wiederverwendbarkeit Testbarkeit

Automatisierungsgrade

Beispiele

Nutzen: Anlagekosten besser im Griff konsistente Automatisierung

Betriebsarten

Betriebsarten

In der Anlage:

Vereinheitlichung der Zustandsinformation

Nutzen: Standardisierte Schnittstelle: unabhängig von Grundfunktionstyp einfach zu verstehen einfach zu visualisieren einfach zu implementieren

Sicherheitskonzepte: Begriffe

Sicherheitsstufen

Nutzen vereinfacht die Bedienung der Anlage massgeblich führt zu weniger Fehlern in der Software und vereinfacht dessen Wartung und ist darum ein Qualitätsmerkmal der Steuersoftware vereinfacht die Dokumentation der Anlage

Parametrisierung/Fahrweisen

Programmerstellung Strukturierung Gliederung des Problemes nach hierarchischen, funktionalen und zeitlichen Gesichtspunkten Erstellen der Funktionspläne und Schalt-bedingungen Codierung Test und Inbetriebnahme

Wieso Strukturieren? Strukturieren = gliedern und modularisieren Problem in Module gliedern Vermeidung von Programmierfehler Effizienz bei der Fehlersuche durch Uebersichtlichkeit Einfaches Eingrenzen und Auffinden von Fehlern Prüfaufwand für Qualitätssicherung Prüfen von einzelnen Modulen Geprüfte Module können ohne Prüfung genutzt werden

Wieso Strukturieren? Bedienungsfreundlichkeit Flexibilität der Anlage keine Betriebsbehinderung durch einzelne Module keine Fehlmanipulationen durch unnötige Wechselwirkungen Flexibilität der Anlage Aenderung müssen einfach und billig durchgeführt werden können Wartungskosten Wartungskosten werden reduziert

Wieso Strukturieren? Dokumentationsaufwand Klare Struktur verringert Erklärungsaufwand Dokumentierte Module müssen nicht noch einmal dokumentiert werden Wiederverwendbarkeit der Programme Universelle Module mehrfach verwenden Programmierkosten Niedriger durch wiederverwendbare Programme, niedriger Dokumentationsaufwand, geringere Fehler

Wie strukturieren Zuammenhängende Probleme Abhängigkeiten Charakteristische Zustände des Systems erkennen Hierarchische Strukturen bilden Beziehungen zwischen den Ebenen festlegen In den Ebenen unabhängige Module bilden

Strukturierung

Hierarchische Gliederung Abhängigkeiten im System in vertikaler Richtung finden Uebergeordnete Funktionen kontrollieren und steuern untergeordnete Einheiten Der einer jeden Funktion umfasst nur sie selbst und der ihr direkt zugeordneten.

+- überall vorhandene Struktur

Einzelgerätesteuerung Steuerung eines Geräts oder Sensors Beispiel: Motorensteuerung Regler für Linearachse Sensor mit Visualisierung und Grenzwertbildung Gerätetreiber

Grundfunktion Praktische, intelligente Funktionen mehrerer Geräte zusammen oder einer einzelnen Maschine Steuereinheit einer modular aufgebauten Anlage Wiederverwendbares Know-How Testeinheit für Inbetriebnahme und QS

Teilanlagensteuerung Steuerung einer Maschinengruppe oder Station Steuert Grundfunktionen mittels Fahrweisen und Parameter Oft auch eine Steuerungs-Hardwareeinheit

Anlagensteuerung Koordiniert die Teilanlagensteuerungen oder Fertigungszellen Realisiert als Koordinationssteuerung und Leitsysteme

Grundsätze zur Gliederung Uebereinstimmung zwischen Installations- und Software-Einheiten Geteilte Ressourcen bilden eigene Einheiten Minimale Wechselwirkung zwischen Einheiten der gleichen Hierarchieebene Abschalt- und Sicherheitsabschaltbereiche decken sich mit den Steuereinheiten

Grundsätze zur Gliederung Implementierungsunabhängige Wechselwirkungen zwischen Einheiten der gleichen Hierarchieebene Bildung von mehrfach verwendbaren Einheiten Einfache, minimale Parametrierung der Einheiten

Grundsätze zur Gliederung Stufengerechte Verteilung der Teilaufgaben Steuereinheiten müssen als Einheit sinnvoll bedient werden können

Implementierung Variablen Namen typische Frameworks (Bsp Zustandsautomaten mit case und Schaltbedingung) Komponententechnologien

Standardisierung Uebertragung von Variablenwerten:

Zu beachten! Nicht alle OPC-Server realisieren alle im Standard geforderten Interface (z.B. Asynchroner Transfer) je nach Konfiguration kann ein OPC-Server 90% der CPU-Last auffressen

Standardisierung auf Applikationsniveau Spezifisch Werkzeugmaschinen OSACA association (EU) HÜMNOS (D) OAC/MOS (USA) OSEC (Japan)

Standardisierung auf Systemniveau Open Control (Namhafte Hersteller von Geräten der Automatisierungstechnik)

Wege zum Automationskonzept

Vorgehen: Von den Operationen zu den Grundfunktionen

Beispiel:

Analyse des Transportsystems:

Struktur

Vergleichen Sie:

Beispiel aus der Verfahrenstechnik

Objektorientierte Prinzipien

Interface-Standardisierung OSACA OPC