Integrierte Software-Lösungen mit Interbus

„PC Worx“ in Action

„Open Control“, das offene, PC-basierende Automatisierungskonzept mit Interbus, gewinnt zunehmend an Bedeutung. An einem Applikationsbeispiel wird die Projektierung eines Automatisierungskonzeptes, mittels der Interbus-Software PC Worx, beschrieben.

Anwendungs- und Entwicklungssoftware wird ein immer wichtigerer Faktor für die Produktivität von Automatisierungslösungen. Nachdem viele Gerätehersteller eigenständige Lösungen für unterschiedliche Anwendungen anbieten, ist die Integration mehrerer Softwareprodukte für die Bereiche Planung, Projektierung, Programmierung und Bedienung der nächste Innovationsschritt, der gegangen werden muss. Nur hier lassen sich in Zukunft noch größere Einsparungen in der Planungs- und Realisierungsphase erzielen. Was für die Software gilt, lässt sich auch auf die Hardware übertragen. PC-basierende Automatisierungssysteme lösen immer häufiger klassische SPS-Lösungen ab. Für die Bereiche Projektierung, Programmierung und Visualisierung ist für Interbus die Software PC Worx entwickelt worden. Mit dieser Software wird die offene Interbus-Philosophie fortgesetzt: vom offenen Feldbussystem zur offenen Automatisierungslösung. Dies bedeutet jedoch, dass die unterschiedlichsten Entwicklungsumgebungen unterstützt werden müssen, denn die verfügbaren Softwarelösungen für den PC sind vielfältig. Für diese Anforderungen wurden in PC Worx standardisierte Programmschnittstellen integriert, die eine Verbindung unterschiedlicher Programme ermöglichen. Mit PC Worx werden die bedeutendsten Anwendungsprogramme so verbunden, dass redundante Eingaben für den Anwender nicht mehr erforderlich sind. Somit können Daten von der Interbus-Software PC Worx mit Programmen wie IEC-1131 Programmierumgebungen (Program Worx), Elektro-CAD Systemen (z. B. Eplan), Prozess-Visualisierungen (z. B. Graph Worx), Geräte-Beschriftungswerkzeuge (z. B. Label SWT) oder offenen Datenbanken (z. B. ODBC) ausgetauscht und bearbeitet werden.

Applikations-Beispiel
Am Beispiel einer einfachen Applikation sollen hier die typischen Abläufe bei der Anlagenprojektierung und -realisierung mit Interbus dargestellt werden. Hierzu können folgende Abschnitte durchlaufen und von bestimmten Fragestellungen begleitet werden:
1) Ermittlung der benötigten E/A-Konfiguration:
Wie viele Sensoren und Aktoren müssen am zu projektierenden Steuerungsgerät betrieben werden?
2) Ermittlung der Signalverteilung:
Welche Signale können gruppiert und dezentralisiert werden?
3) Definition von Prozessdaten:
Wo und wie werden die Signale im Steuerungsgerät abgebildet?
4) Programmierung der Applikation:
Welche Funktionen soll der PC erfüllen?
Welche Funktionen können dezentrale Komponenten übernehmen?
5) Erstellung von Stromlaufplänen:
Wie werden die Geräte elektrisch verbunden?
6) Montage und Beschriftung:
Welche Signale sind wo am Interbus angeschlossen?
7) Inbetriebnahme und Diagnose:
Wie werden mögliche Störquellen erkannt und beseitigt?
Anhand der Fragestellung und der entsprechenden Softwareprogramme sind einfache Projektierungen am Interbus unter Berücksichtigung definierter Programmschnittstellen systemunabhängig möglich.

Konstruktion mit intelligenten Hilfen
Die Fragen 1) und 2) dienen der Orientierung während der Anlagenprojektierung. In dieser Phase werden die Randbedingungen der Anlage (Anzahl der E/A-Punkte) festgelegt und bei der Projektierung berücksichtigt (Bild 1). Für die Auswahl und Platzierung der dezentralen E/A-Komponenten wird mittels PC Worx die Projektierung von Interbus in Umfang und Struktur vorgenommen. Hierzu werden mit Hilfe von Bibliotheken (z. B. des „Elektronischen Produktverzeichnisses“ vom Interbus Club) die für die Aufgabenstellung benötigten Interbus-Module ausgewählt und in das Projekt übernommen. In der Datenbank vom Interbus Club sind z. B. die wichtigsten Hersteller mit ihren Interbus-Produkten vertreten. Über die ODBC-Schnittstelle wird der Datenaustausch zwischen Datenbank und Projektierungswerkzeug vollzogen. Zur Arbeitsoptimierung kann die eigene Datenbank zusätzlich den Bedürfnissen des Anwenders angepasst werden, so dass anwenderspezifische Bibliotheken die Arbeit vereinfachen.
Eine Gruppierung der einzelnen Signale wird über die Platzierung der Module innerhalb der Interbus-Struktur vorgenommen. Lokal benachbarte Signale werden im Lokalbus zusammengefasst (horizontale Darstellung), entfernte Signalgruppen werden über den Fernbus miteinander verbunden (vertikale Darstellung). Die Modulbeschreibung und benutzerdefinierte Beschriftung dient der Anlagendokumentation. Anschließend kann die Darstellung graphisch oder tabellarisch ausgedruckt werden.

Dokumentation und Programmierung
Anhand der Modulbeschreibung, die mittels der Interbus-Bediensoftware PC Worx zur Verfügung gestellt wird, besteht die Möglichkeit, einzelne Signale so zu beschreiben, dass eine weitere Verwendung der Signale in anderen Programmen möglich wird (Bild 2):
• Die Definition der Signale erfolgt nach Signaltyp:
– binäre Signale in bit-Auslösung (BOOL),
– analoge Signale in Byte/Wort-Auslösung (INT, WORD, BYTE).
• Der Anschlussort eines Signals kann frei zugewiesen werden.
• Die Zieladresse des Signals wird bei der Programmierung automatisch zugewiesen.
Die hier vorgenommenen Definitionen entsprechen der Spezifikation der IEC-1131 (Teil 3). Für die einzelnen Signale können beliebige Namen (nach IEC-1131) vergeben werden. So wird zum Beispiel ein Näherungsschalter als Endschalter für einen Anlagenteil definiert. Dieser Sensor wird auf ein beliebiges Interbus Modul (auf dem nächstgelegenen, freien, binären Eingangsmodul) aufgeklemmt und innerhalb der PC Worx-Software einer Programmvariablen zugewiesen. Adress-definitionen sind nicht mehr erforderlich, so dass Doppeladressierungen oder Fehleingaben entfallen. Diese eindeutige Benennung des Signals kann auch für die Anbindung an andere Software verwendet werden. Eine spätere Lageänderung des Sensors (Anschluss an ein anderes Interbus-Modul) bedarf nur einer Änderung innerhalb der PC Worx Software, alle weiterverarbeitenden Programme nehmen die Umverdrahtung nicht wahr.
Die in PC Worx definierten Signale werden im IEC-1131 Format an die in PC Worx integrierte Programmiersoftware übergeben und dort als Programmvariablen zur Verfügung gestellt. Der Programmierer verwendet diese Definitionen in seinem Steuerungsprogramm und bestimmt so die Funktion des zu programmierenden Geräts. Die Signale werden bei der Programmierung einfach über ihren definierten Namen (Prozessdaten) in der Oberfläche verwendet. Innerhalb der Programmierumgebung stehen dem Anwender alle Möglichkeiten der IEC 1131-Programmierung zur Verfügung: drei klassische (Anweisungsliste AWL, Kontaktplan KOP, Funktionsplan FUP) und zwei neue Sprachen (Ablaufsprache AS, Strukturierter Text ST). Kombiniert mit der grafischen Oberfläche moderner Software werden alle Anforderungen an Flexibilität und Portabilität durch PC Worx erfüllt (Bild 3). Die physikalische Lage der Aktoren und Sensoren am Feldbus ist für den Programmierer nicht von Bedeutung. Die Programmierung erfolgt aus-schließlich über die Variablennamen. Die physikalische Zuordnung wird erst nach Aufbau der realen Maschine von PC Worx an die Programmierumgebung übergeben, um dort zur Laufzeit des Programms aktiv zu werden.

Montage- und Beschriftungshilfen
Während der Inbetriebnahme der Automatisierungsanlage müssen nun die installierten Sensoren und Aktoren mit den Interbus-Modulen verdrahtet werden. Dies kann auf zwei unterschiedliche Arten geschehen: Die Sensoren/Aktoren werden auf das nächstgelegene Interbus-Modul verdrahtet und die Position wird in PC Worx eingetragen oder der in PC Worx vorgegebene Anschlussplatz wird bei der Verdrahtung verwendet.
In beiden Fällen müssen (vor oder nach der Verdrahtung) die Signalbezeichnungen der angeschlossenen Sensoren/Aktoren auf die Interbus Module geschrieben werden. Auch für diesen Arbeitsschritt kann an externe Programme angekoppelt werden. Für die Anbindung an Beschriftungswerkzeuge stehen die oben beschriebenen Schnittstellen (Signalbeschreibung nach IEC 1131 Symboldateien) zur Verfügung. Hiermit sind folgende Arbeitsschritte durchführbar:
• Automatisches Beschriften mittels Symboldatei aus der Programmier-umgebung,
• Automatisches Beschriften mittels PC Worx-Steuerdatei,
• Übernahme der Signalnamen aus der IEC-1131 Variablendeklaration und
• Manuelle Änderung der Signal-beschreibungen.
Der Einsatz von Visualisierungen ist der einfachste und effizienteste Weg, dem Anwender die Bedienung eines Geräts zu vereinfachen (Bild 4). Um auch dem Entwickler die erforderlichen Arbeiten zu vereinfachen, ist auch an dieser Stelle die gemeinsame Datenbasis die Grundlage zur Arbeitserleichterung: Die Signaldefinitionen werden direkt aus der Programmierumgebung übernommen – dies spart Zeit, verhindert Fehler und reduziert die Kosten.

Fehlererkennung inklusive
Nach erfolgreicher Installation beginnt die Inbetriebnahme. Für die Diagnosefunktionen stehen dem Anwender verschiedene Hilfsmittel zur Verfügung. Zunächst können die in der Interbus-Software integrierten Hilfsmittel eingesetzt werden wie beispielsweise ein Monitor für analoge und digitale Signale, ein Monitor für „intelligente“ Interbus-Geräte, statistische Aufzeichnungs- und Bewertungsfunktionen, Spezialprogramme über Standard-C-Schnittstelle und Prozess-Visualisierungen (Graph Worx). Die Kopplung der unterschiedlichsten Diagnose-Hilfsmittel wurde so realisiert, dass für den Anwender ein optimales Leistungs-/Nutzen-Verhältnis erreicht wird. Aus diesem Grund werden Prozessdaten über allgemeine Windows-Schnittstellen ausgetauscht. Direkte Interbus-Steuerkommandos werden andererseits über eine offengelegte C-Schnittstelle zur Verfügung gestellt.
Für den Anwender bedeuten alle zuvor beschriebenen Arbeitsabschnitte, dass mittels geeigneter Software eine durchgängige Projektierung, Programmierung und Inbetriebnahme möglich ist. Die Verwendung von offenen Programm-Schnittstellen sorgt für eine durchgängige Integration der einzelnen Software-Pakete. Hierdurch werden wiederkehrende Eingaben und Korrekturen des Anwenders auf eine Eingabestelle begrenzt und die Eingaberedundanz der Daten auf die Programm-Schnittstellen verlagert. Der Anwender muss gleiche Daten nur einmal eingeben, wodurch mögliche Störquellen reduziert und Kosten gespart werden. Bei Verwendung eines offenen Bussystems wie Interbus und Einsatz offener Software wie PC Worx ist der Anwender für die Zukunft gut gerüstet.

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