Der österreichische Stahlproduzent Voestalpine setzt das Prozessleitsystem XAMControl ein, bei dem sich Zugriffsrechte und Übersichten je nach Nutzer anpassen lassen. Hier zu sehen: Walzgerüst der Voestalpine Grobblech in Linz.

Der österreichische Stahlproduzent Voestalpine setzt das Prozessleitsystem XAMControl ein, bei dem sich Zugriffsrechte und Übersichten je nach Nutzer anpassen lassen. Hier zu sehen: Walzgerüst der Voestalpine Grobblech in Linz. Voestalpine AG

Während früher Produktionsumgebungen vornehmlich auf Basis von Erfahrung eingerichtet und über Jahre kaum verändert wurden, gibt es heute Projekte, in denen selbst beim Bau noch nicht klar ist, wie die Prozesse später tatsächlich ablaufen sollen. Der Grund: stetiger Innovations- und Verbesserungsdruck in der Industrie. „Diese Wandlungsfähigkeit und das Streben nach Effizienz sind Kerngedanken des Industrie-4.0-Konzepts, erfordern aber von der Produktionssteuerung Flexibilität und eine extreme Erweiterbarkeit, die herkömmliche Systeme nicht leisten können“, erklärt Andreas Leitner, Geschäftsführer der auf Leittechniksysteme spezialisierten Evon GmbH. Das von dem österreichischen Unternehmen entwickelte Prozessleitsystem XAMControl soll darauf eine Antwort geben: Es lässt sich nahtlos in Standard-Hardwareumgebungen implementieren und kann Steuerungsfunktionen der SPS-Controller übernehmen, wodurch Prozessabläufe leichter kontrollierbar und variierbar werden. Die Programmierung der SPS-Steuerung erfolgt dabei nach dem IEC 61131-3 Standard, kann aber für zusätzliche Funktionalitäten und mehr Flexibilität auch in höheren Programmiersprachen (C#) erweitert werden.

Flexible Produktion, individuelle Nutzersteuerung

Indem das Prozessleitsystem die Basis- von den Prozessfunktionen trennt, können Änderungen ohne großes Technik-Know-how durchgeführt werden.

Indem das Prozessleitsystem die Basis- von den Prozessfunktionen trennt, können Änderungen ohne großes Technik-Know-how durchgeführt werden. Evon

Im Auftrag von Voestalpine Special Wire realisierte Evon innerhalb von sechs Monaten ein einheitliches und variables System, bei dem Anwender den Produktionsprozess verändern können, ohne in die Automatisierungsebene eingreifen zu müssen. Dabei arbeitet das Prozessleitsystem zentralisiert: Statt jede Teilanlage ihre jeweiligen SPS-Funktionen selbst regulieren zu lassen, werden alle wesentlichen Prozessparameter an die übergeordnete Steuerungsebene übergeben. In dieser können Änderungen implementiert werden, ohne dass jeder Controller einzeln betrachtet und angepasst werden muss. Dazu wird eine strikte Trennung von Automatisierungs- und Produktionsfunktionen – ein sogenanntes Unbundling – durchgeführt, wobei die physische SPS-Steuerung lediglich die Basisaufgaben übernimmt. „Im Grunde empfängt sie Befehle und gibt die entsprechenden Rückgabewerte aus. Konkrete Ablaufkommandos werden dagegen über das Leitsystem übermittelt und können somit in diesem System abgeändert werden“, so Leitner. Das Unbundling wird auf Basis der Phasenschnittstelle aus den Standards ISA S88 und S95 umgesetzt, wonach die Basisautomatisierung auf SPS-Ebene erfolgt und die Produktionsprozesssteuerung auf einer übergeordneten Ebene.

Gleichzeitig achteten die Entwickler auf die Betriebssicherheit und Verfügbarkeit der Maschinen. In den meisten Unternehmen wird mehrschichtig produziert und im Netzwerkausfall darf es nicht zu Stillständen führen. Deshalb können die Anlagen bei Voestalpine im Notfall auch autark arbeiten. Über Touchpanels, die für alle Anlagen eine einheitlich strukturierte Benutzeroberfläche haben, bedienen Mitarbeiter die Anlagen dann direkt vor Ort. Visualisierungen, abrufbare Daten und Funktionen erhalten die Nutzer individualisiert: Ein Verfahrenstechniker etwa benötigt mehr Informationen zu den Abläufen als ein Chemiker, der eher Materialwerte abruft. „Auf diese Weise können Abweichungen oder Störungen schnell entdeckt werden, weil jeder Experte sofort die für ihn relevanten Daten sieht“, so Leitner. Für eine personalisierte Systemansicht melden sich die Mitarbeiter mit ihrem Schlüssel-Token, ihrem Benutzernamen oder über WLAN an.

Offenes System bindet alle Unternehmensbereiche ein

Steuerstand der Feuerverzinkungsanlage bei Voestalpine in Linz (ohne XAMControl).

Steuerstand der Feuerverzinkungsanlage bei Voestalpine in Linz (ohne XAMControl). Voestalpine AG

Um eine Datenmanagement- und Steuerungslösung zu realisieren, wie sie für eine Analyse und Verbesserung gemäß der statistischen Prozesslenkung SPC entscheidend ist, lenkt XAMControl nicht nur die Fertigungsabläufe, sondern auch unterstützende Prozesse wie die Anlieferung und den Versand sowie die Gebäudeleittechnik bis hin zur Abwasseraufbereitung und die Energiebereitstellung. Indem die Informationen all dieser Bereiche erfasst werden, entsteht ein vernetztes Bild der Produktion, anhand dessen sich Reports erstellen lassen und das gleichzeitig Hinweise auf Verbesserungs- und Einsparpotenziale gibt. Als offenes System kommuniziert XAMControl mit unterschiedlichen Schnittstellen – von seriellen bis zu standardisierten Kommunikationsprotokollen, darunter EIB, Mbus, MP-Bus, DMX, Modbus, OPC, DALI, ENOcean, BACnet, IEC 60870-5-104 und SNMP. Dadurch lassen sich verschiedene Arten von Untergruppen und Steuerungen in ein werksübergreifendes Leitsystem einbinden. „Bei maschineneigenen Steuerungen, die dafür nicht geeignet sind, können wir eine eigene Steuerung auf XAMControl-Basis implementieren“, erläutert Leitner. „Dabei gehen wir, wenn nötig, bis auf Feldbus-Ebene.“ Die Produktionssteuerung selbst ist vollständig virtualisierbar, das heißt die eigentlichen Automatisierungsfunktionen werden zunächst losgelöst von der Feldebene entwickelt und getestet, bevor sie in die tatsächlichen Steuerungen in der Laufzeitumgebung ausgerollt werden. Die Verteilung der Daten übernimmt dabei das automatische Routing des Systems. Die Controller könnten sogar völlig virtuell laufen – beispielsweise auf VM-Ware-Plattformen – und die Feldbaugruppen steuern, wodurch das System mit jeglicher Infrastruktur kompatibel ist.

Derzeit arbeitet Evon an einer Erweiterung zur Kopplung an SAP, die auch bei Voestalpine zum Einsatz kommen soll: Damit werden künftig Auftragsdaten aus SAP in die Steuerung und Informationen aus der Produktion in SAP eingespeist. So entsteht aus dem reinen Prozessleitsystem ein Produktionsleitsystem, das alle betrieblichen Abläufe in Echtzeit steuern, überwachen und führen kann.

Technik im Detail: XAMControl

Von der Visualisierung bis zum Feld

XAMControl wurde als redundantes Leittechnik-System für große Anlagen konzipiert und findet in den Bereichen Gebäude-Leittechnik, Verkehrstechnik, Prozessindustrie und Energietechnik Anwendung. Die SPS-Programmierung erfolgt in IEC-61131-3 Function-Block-Diagram und/oder in einer Hoch­sprache. So kann der Programmierer für erweiterte Funktionalitäten, die nicht vorgesehen sind, auf C# zurückgreifen. Gleichzeitig sind die SPSen automatisch vernetzt. Durch die Virtualisierung der SPSen – der Automatisierungsfunktionalität – können Projekte am Laptop oder PC vollständig entkoppelt von der Hardware im Feld entwickelt, getestet und simuliert werden. Im Anschluss werden die virtualisierten Steuerungen auf die eigentliche Laufzeitumgebung verteilt. Die Software des Prozessleitsystems basiert auf standardisierten Technologien wie Microsoft .Net Framework und Microsoft SQL Server.