Prozesskontroller und Steuerungen übernehmen die Steuer- und Kontrollfunktionen. Diese Geräte werden mit immer umfangreicheren und intelligenteren Funktionen ausgerüstet, um den Produktionsanforderungen zu genügen. Demgegenüber möchten Anlagenplaner und Bediener diese Anlagen schnell und einfach in Betrieb nehmen, bedienen und warten. Genau diesen beiden Anforderungen wird HBM mit den neuen HMI*-Softwarelösungen der FASTpress Suite gerecht.

Erstmals stellt HBM die neue HMI-Software für den Bereich der Industriellen Prozesskontrolle vor. Sie ist Teil der FASTpress Software-Suite und arbeitet mit den Prozesskontrollern der Familien FASTpress und EASYswitch zusammen. Bei der Entwicklung wurden neue, zukunftsweisende Technologien eingesetzt. Das Augenmerk wurde stets auf hohe Verfügbarkeit und vielfältige Einsatzmöglichkeiten gelegt. Darüber hinaus kann die HMI-Software länder- und anwendungsspezifisch angepasst und erweitert werden.

* = Human Machine Interface

Die Technologie

Technologische Grundlage der HMI-Software ist die Softwarestruktur .NET vom Microsoft, die mittlerweile über einen hohen Verbreitungsgrad verfügt. Da die Leistungsfähigkeit und Betriebssicherheit von windowsbasierten Systemen in den letzen Jahren ernorm gesteigert wurde, wird es in Zukunft viele Lösungen basierend auf .NET geben. Weltweit gesehen wird dies den laufenden Prozess des Zusammenwachsens von Büro- und Fertigungskommunikation weiter unterstützen. Aufgrund der hohen Marktdurchdringung Microsoft Windows basierter Anwendungen stellen diese Lösungen auf weite Sicht eine zukunftssichere Investition dar.

.NET ist eine von Microsoft entwickelte Softwareplattform. Sie umfasst eine Laufzeitumgebung, eine für Programmierer bestimmte Sammlung von Klassenbibliotheken (API) sowie angeschlossene Dienstprogramme (Services). Die Plattform ist derzeit in ihrem vollen Umfang nur für Windows verfügbar und ersetzt die bisherigen Vorgehensweisen der Windows-Programmierer sowie veraltete Technologien wie COM. Sie bietet flexiblere Möglichkeiten, auf Betriebssystemfunktionen zuzugreifen und sich untereinander auszutauschen. Dadurch ist .NET auch für den Einsatz auf unterschiedlichen Geräteplattformen, wie Handys oder PDAs, geeignet.

Seit Windows Server 2003 bietet Microsoft darüber hinaus Server-Betriebssysteme an, die bereits eine .NET-Laufzeitumgebung integriert haben. Bei Vorversionen muss diese manuell installiert werden, sofern die betreffende Windows-Variante unterstützt wird. Für Handhelds und Mobiltelefone, die unter Windows CE bzw. Windows Mobile laufen, existiert eine abgespeckte Version der .NET-Laufzeitumgebung in Form des .NET Compact Frameworks.

Klassenbibliothek (API)

Die Framework Class Library (FCL) umfasst einige tausend Klassen, die in sogenannte Namensräume (Namespaces) unterteilt sind. Die Klassen erfüllen Aufgaben wie das Formatieren von Text, das Verschicken von E-Mails, aber auch das Generieren von Codes. Die Unterteilung in Namensräume dient dazu, die große Menge an Informationen übersichtlicher zu gestalten. Die Dokumentation der Klassen liefert der Hersteller mit der Software (siehe unten). Alle Funktionen der HBM Prozesskontroller FASTpress und EASYswitch sind in der API des MP85A-Toolkit zusammengefasst. Damit stehen dem Anwendungsprogrammierer alle Möglichkeiten der Implementierung von gewünschten Gerätefunktionen in seine eigene Anwendung zur Verfügung.

Klassenbibliothek (API) des MP85A-Toolkit

Strategie, Nutzen, Trends

Das Besondere an der .NET-Technologie ist weniger die technische Innovation als vielmehr die strategische (und langfristig vielleicht folgenreichste) Entscheidung des Marktführers Microsoft für ein laufzeit-basiertes System. Es soll unter anderem dazu dienen, Programmierfehler zu reduzieren. Damit legt die Softwareentwicklung ihr Augenmerk weniger auf Performance, da diese angesichts einer schneller werdenden Rechengeschwindigkeit immer unwichtiger wird. Vielmehr bemüht man sich nun um mehr Effizienz in der Programmentwicklung.

Dies umfasst:

  • Einfache „Klartext“ Programmierung mit den Funktionen des Prozesskontrollers
  • Keine Kenntnisse der physikalischen Datenübertragung und der dazu gehörenden Kommunikationsobjekte nötig
  • Einfache und schnelle Verbindung zum Prozesskontroller über die weit verbreitete Ethernet TCP/IP-Verbindung
  • Alle Microsoft.NET kompatiblen Programmiersprachen (wie z. B. C’, VB.NET) können verwendet werden.
  • „Smart-IntelliSense“: Nur jene Funktionen/Optionen werden angeboten, die von den Prozesskontrollern FASTpress und EASYswitch unterstützt werden.



Codebeispiel aus einer Beispielanwendung

Systemarchitektur

Als Hardwareplattform kommen die Prozesskontroller der Serien FASTpress und EASYswitch zum Einsatz. Ihre physikalische Anbindung an das Host-System, auf dem die Zielapplikation des Anwenders läuft, erfolgt über die standardisierte Ethernetschnittstelle. Darauf läuft das Nicht-Echtzeitprotokoll TCP-IP mit 100 Mbit/s. Mit dem MP85A-Toolkit hat HBM nun ein Tool geschaffen, das zum einen die Verbindung zum Host-System aufbaut und unterhält und zum anderen eine Bibliothek zur Verfügung stellt, aus welcher der Anwender seine Softwareapplikation für den Produktionsprozess erstellen kann.


MP85A-Toolkit Struktur

Verfügbarkeit und Werkzeuge

Der Hersteller Microsoft bietet .NET in verschiedenen Versionen an: als reine Laufzeitumgebung samt benötigter Klassenbibliotheken (Framework), als kostenloses SDK für Entwickler oder als kostenpflichtige integrierte Entwicklungsumgebung (IDE) in Form des Microsoft Visual Studio .NET. Speziell für Einsteiger und Studenten gibt es die kostenlosen Microsoft Visual Studio Express Editions mit Einschränkungen gegenüber den teureren Standard- oder Professional-Varianten. Somit ist ein leichter Einstieg für Anfänger als auch für professionelle Anwendungsprogrammierer möglich. Das MP85A-Toolkit von HBM verfügt zudem über eine umfangreiche Hilfe mit zahlreichen Erklärungen und Programmbeispielen. Diese Beispiele liegen im Quellcode vor und können leicht angepasst und erweitert werden.

Systemeinbindung

Das MP85A-Toolkit bietet flexiblere Möglichkeiten, auf Betriebssystemfunktionen zuzugreifen und sich untereinander auszutauschen. Dadurch können unterschiedliche Zielgeräte in die Anwendung einbezogen werden, auf denen die .NET-Umgebung installiert ist. So lassen sich problemlos unterschiedliche Geräteplattformen wie Handys oder PDAs integrieren. Stationäre Anwendungen vorort in der Produktionsanlage oder einer Maschine lassen sich ebenso einbeziehen wie mobile Service- und Diagnoseterminals. Dabei macht es keinen Unterschied, ob diese Systeme drahtgebunden (z. B. Linien-PC oder Industrie-PC) oder drahtlos (z.B. WLAN (WiFI)) arbeiten. Die Möglichkeiten sind lediglich durch die Geschwindigkeit und Performance dieser Geräte begrenzt.

Anwendungsbeispiele

Alle Softwarelösungen sind in der Familie der FASTpress Software-Suite von HBM enthalten. Im Folgenden werden einige Beispiele aufgezeigt, wie MP85A-Toolkit-Anwendungen auf vorhandenen Systemen im Produktionsbereich eingesetzt werden können. Die Anzeigen und Funktion lassen sich in Bezug auf die Erfordernisse des Produktionsbereiches weiter anpassen und verfeinern. Zudem sind landes- und benutzerspezifische Anpassungen möglich. Dies ist besonders wichtig für immer globaler agierende Unternehmen und weltweit verteilte Produktionsstandorte. Als positiver Nebeneffekt lässt sich damit auch eine einheitliche Corporate Identity, also ein wieder erkennbares „Look & Feel“, erreichen.

Oftmals stehen bereits in den Produktionsanlagen und an Maschinen Bedienterminals zur Verfügung. Die Performance dieser modernen Geräte reicht aus, um neben der Anlagenüberwachung auch die Prozessüberwachung von HBM abzubilden. Die Integration erfolgt über Touch-Buttons zum Starten der Überwachungs-Applikation „EASYmonitor CE“ von HBM. Es können aber auch Teile oder eigene Sequenzen in die Maschinenapplikation aufgenommen werden. Die Anbindung erfolgt auch hier über die Standard-Ethernetschnittstelle.

Für den Einsatz auf mobilen Geräten stellt HBM die Anwendung „EASYmonitor Mobile“ zur Verfügung. Über dieses funktionsfähige Beispiel lassen sich Ergebnisse und Status der FASTpress- und EASYswitch-Prozesskontroller abrufen. Als Schnittstellenanbindung kommt hier WLAN (WiFi) zum Einsatz.

mobile Anwendung „EASYmonitor Mobile“

Leistungsstarke Produktionssoftware - INDUSTRYmonitor

Um die volle Leistungsfähigkeit der HBM-Prozessüberwachung nutzen zu können wurde auf Basis der .NET-Technologie eine vollkommen neue Bedienoberfläche geschaffen. Dieses Tool dient der Prozessdatenerfassung, Visualisierung und Datenspeicherung. Neben den Funktionen und Informationen welche die Prozesskontroller der FASTpress und EASYswitch-Serie zur Verfügung stellen, können auch Werkstückbezeichnungen über Bus-Schnittstellen (CAN, Profibus, Ethernet) oder Barcode-Scanner (USB) eingelesen werden. Diese Informationen werden angezeigt und gespeichert und erlauben eine übersichtliche und einfache Archivierung der gewonnenen Prozessdaten. Es können bis zu 12 Prozesskontroller über das Ethernetnetzwerk betrieben werden. Taktzeiten im Sekundenbereich mit Anzeige und Speicherung der Prozessdaten im Hintergrund werden realisiert. Darüber hinaus kann diese Software auf allen Zielsystemen eingesetzt werden, auf denen WindowsXP als Betriebssystem installiert ist.

Wesentliche Merkmale des INDUSTRYmonitor sind:

  • Betrieb von 12 Prozesskontrollern mit gleichzeitiger Darstellung von vier auswählbaren Prozessen
  • Parametrierung der Messkette Sensor – Prozesskontroller
  • Unterstützung der TEDS-Sensoridentifikation
  • Parametrierung der Überwachungskriterien des Produktionsprozesses
  • Automatische Hüllkurven- oder Toleranzfenstererstellung
  • Parametrierung und Aufzeichnung der gewünschten Prozessparameter
  • Messprogrammerstellung und Verwaltung (Backupverwaltung bis zu 1000)
  • Alle Prozessinformationen auf einen Blick
  • Automatische Zeit- und Datumsübernahme vom Linien- oder Anlagen-PC
  • Übersichtliche und grafische Darstellung aller Messungen
  • Einzel- und Summendarstellung (Kurvenhistorie) der Produktionsprozesse
  • Protokollausdruck
  • Datenbackup auf einem Anlagen-PC
  • Zustand vom Netzwerk überwachen und anzeigen
  • Fehlerspeicherung und -anzeige (Log-Datei)
  • Aufruf weiterer Programme über Touch-Button
  • Benutzerverwaltung, 3 Stufen: Werker, Einrichter, Superuser
  • Integriete Hilfen mit Text und Bildern

Durch die Skalierbarkeit und Benutzerverwaltung ist INDUSTRYmonitor der ideale Allrounder zur Prozessüberwachung. Die Benutzerstufen erlauben folgende Möglichkeiten:

  • Werkermodus: Hier kann der Maschinenführer die Produktion überwachen und den Zustand der Maschine / Anlage sehen. Gespeicherte Prozesskurven und Ergebnisse können überprüft und ausgedruckt werden.
  • Einrichtermodus: In dieser Stufe können die Bewertungskriterien des Produktionsprozesses eingerichtet und gespeichert werden. Es lassen sich bis zu 1000 Messprogramme erstellen und verwalten. Im Einrichtbetrieb können Messkurven, Ergebnisse und Überwachungszustände mitgeschrieben und analysiert werden.
  • Superuser: Diese Stufe ist für Anlagenbauer und Einrichter vorgesehen, um die Prozessüberwachung und die Messketten zu parametrieren. Damit wird die Anpassung an die vorhandenen Produktionswerkzeuge und Machinenparameter vorgenommen.

Um Fehlbenutzung oder Missbrauch zu vermeiden, „springt“ die Software nach einer festgelegten Zeit wieder zurück in den Werkermodus.

INDUSTRYmonitor – Prozessansicht

Moderne Produktion

In modernen Produktionsanlagen werden Prozessüberwachung und Steuerungsaufgaben in zwei getrennten Kreisen innerhalb der Anlage realisiert. Zum einen werden die deterministischen Steueroperationen von einer Maschinensteuerung verwaltet. Zum anderen wird die Prozessdatenspeicherung und Diagnose über eine netzwerkfähige Anbindung realisiert. Damit ist ein fabrikweiter Zugriff auf die Anlage gewährleistet. Die Bedienung und Visualisierung erfolgt jedoch über ein gemeinsames Display, das zunehmend als Touch-Bedienung ausgelegt ist. Über entsprechende Sicherheitskomponenten wie Firewalls kann auch ein Remotezugriff zu Wartungs- und Servicearbeiten erfolgen. Dies spart Zeit und Kosten und schont zudem die Umwelt.

Moderne Produktion von Zylinderköpfen

Fazit

Mit FASTpressSuite und den dazugehörenden Softwaremodulen stellt HBM eine leistungsstarke, moderne und einfach zu bedienende Software für Anwender und Anlagenbauer zur Verfügung. Die Vorteile der Nutzer: Produktionssteigerung und einfache Integration in bestehende Maschinenkonzepte.

Die Bedienoberfläche als Bindeglied zwischen Mensch und Maschine wird immer wichtiger. Einfache, sichere und leicht zu erlernende Handhabung sind gefragte Features des Anlagenbedieners. Durchgängige Produktionsüberwachung, lückenlose Dokumentation und vorbeugende Instandhaltung sind wichtige Ziele der Werksleitung und des Instandhaltungspersonals. Mit INDUSTRYmonitor und FASTpressSuite aus dem Hause HBM kann beides erzielt werden - Benutzerfreundlichkeit und Funktionskontrolle.

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