Pilz: Software-Release beschleunigt Inbetriebnahme

Interview mit Armin Glaser, Pilz GmbH

Herr Glaser, was verbirgt sich hinter dem sperrigen Begriff ‚Non Persistent Online Change‘?

Anwenderprogramme und Software-Bausteine einer Steuerung werden häufig erst während der Inbetriebnahme final ausgetestet und dazu mehrfach modifiziert. Mit der Funktion des Online Change lassen sich nun einzelne Änderungen in eine oder mehrere Steuerung unseres Automatisierungssystems PSS 4000 einspielen, ohne dass dazu das gesamte Programm übersetzt und geladen werden muss.

Solche Mechanismen sind für eine Standard-SPS gängige Praxis, in der Sicherheitstechnik jedoch eine absolute Neuheit. Die Änderungen gelten maximal bis zum nächsten Neustart der Steuerung, sind also nicht dauerhaft, non-persistent eben. Prinzipiell betrachten wir eine Änderung wie das Steuern und Forcen einzelner Variablenwerte, um das Steuerungsprogramm zusammen mit der Maschine oder Anlage vor Ort final testen zu können.

Und das funktioniert für alle Programmiersprachen Ihres Engineeringtools?

Richtig. In der zu PSS 4000 gehörenden Software-Plattform PAS 4000 stehen verschiedene Editoren und Bausteine bereit. Für Konstrukteure steht der einfache, bausteinorientierte Programm-Editor PASmulti zur Verfügung. Außerdem gibt es etablierte Editoren nach EN/IEC 61131-3. Anweisungsliste oder Instruction List, Strukturierter Text und Kontaktplan/Ladder Diagram. Mit diesen Editoren lassen sich sicherheitsgerichtete und Standard-Programme oder auch jegliche Kombination aus beidem erstellen. Das Steuern und Forcen ist gleichermaßen für alle Automatisierungs- und Fail-Safe-Variablen einsetzbar – und dies unabhängig vom Variablentyp.

Welche Vorteile hat das in der Praxis?

Automatisierungslösungen bestehen aus verschiedenen Systemen und Architekturen, zum Beispiel für Sicherheitstechnik, Steuerungstechnik oder Visualisierungstechnik. Die Verzahnung dieser Funktionen macht die Steuerung von Maschinen und Anlagen zunehmend komplexer. Unser Anspruch ist es, mit PSS 4000 alle drei Disziplinen zu verschmelzen. Maschinenbauer und Anwender können also mit ihrem gewohnten Entwicklungs- und Inbetriebnahmeprozess auch sicherheitsgerichtete Applikationsprogramme erstellen. Das reduziert die Komplexität, steigert die Anwenderfreundlichkeit und hilft Engineeringzeiten zu verkürzen.

PSS 4000 ermöglicht die Modularisierung aller Automatisierungsdisziplinen, auch der Sicherheitstechnik. Redaktion IEE

Was gab den Anstoß für die Funktionserweiterung?

In vielen Gesprächen mit unseren Kunden war deren Wunsch nach einer Vereinfachung des Inbetriebnahmeprozesses deutlich herauszuhören. Im nicht-sicheren Automatisierungsumfeld ist die Funktion des Online-Wechsels von Bausteinen und Logikelementen an sich nichts Besonderes und wird von Anwendern sehr oft eingesetzt. Wir haben die Kundengespräche zum Anlass genommen, nun auch Änderungen sicherheitsgerichteter Logikfunktionen im laufenden Betrieb zu realisieren.

Und ich darf damit alle Applikationen ändern oder gibt es Einschränkungen?

Inbetriebnahmen stehen meistens unter einem sehr hohen Zeitdruck. Damit im Einzelfall wichtige Funktionen gar nicht erst übersehen werden können, haben wir eine Reihe von unterstützenden oder auch einschränkenden Funktionen entwickelt. Die machen den Anwender gezielt auf ein mögliches Problem aufmerksam. Beispielsweise ist im Rahmen des Online-Tausches jede Änderung von Failsafe-Funktionen nur für zwölf Stunden gültig. Danach stellt die Steuerung wieder den Zustand des letzten kompletten Downloads her. Oftmals werden bei der Inbetriebnahme auch Sicherheitssignale von Sensoren ‚gebrückt‘, die noch nicht vorhanden sind. In der Praxis erfolgt dies bislang in Form von Drahtbrücken in der Klemmleiste. Bei PSS 4000 legt der Inbetriebnehmer nun ‚Software-Brücken‘. Der Vorteil – die virtuellen Drahtbrücken in der Programmlogik können nicht mehr übersehen oder gar vergessen werden – das Tool macht den Inbetriebnehmer auf den Zustand aufmerksam und kann sie auch selbst deaktivieren. Auch sind alle Änderungen durch unsere Software-Suite PAS 4000 so eingeschränkt, dass eine Neudefinition globaler Variablen oder Änderungen an den Parameterleisten der Bausteine oder Funktionen nicht erlaubt werden. Das Einspielen der Änderungen erfolgt dann ohne einen Stopp der Steuerung – das neue Programm wird nach dem Download mit dem nächsten möglichen Taktzyklus auf den Kopfmodulen aktiv. Solche unterstützenden Maßnahmen erhöhen die Handhabungssicherheit – gerade in einem hektischen Inbetriebnahmeprozess.

Pilz ist ein Verfechter der gemischten Automation. Ihr Automatisierungssystem kombiniert Standard- mit Safety-Funktionen. Brauchen Sie die Funktion Online-Änderung nicht primär für den betriebsmäßigen Steuerungsanteil?

Anwender wollten diese Funktion auch im Failsafe-Umfeld nicht mehr missen. Da wir von Anfang an unser Automatisierungssystem PSS 4000 an den gemeinsamen Anforderungen der Automatisierungs- und Sicherheitsfunktionen ausgerichtet haben, können wir den Online-Tausch nun erstmals für beide Aufgabenbereiche bereitstellen. Wir setzen damit den bei PSS 4000 eingeschlagenen Weg des Verschmelzens von Sicherheit und Automation fort. Unser erklärtes Ziel bei Pilz ist – Der Anwender soll ein Tool für beide Welten haben und in der Handhabung keinen Unterschied bemerken.

Für welche ihrer Steuerungen ist das Update verfügbar?

Die Funktion ‚Non Persistent Online Change‘ ist für alle Steuerungen im Automatisierungssystem PSS 4000 verfügbar. Anwendbar wird sie ab dem neuen Firmware-Release 13.

Wir erleichtern mit dem Release 13 die Inbetriebnahme des Safety-Programmteils spürbar. Redaktion IEE

Welche weiteren Ergänzungen gibt es mit diesem Release?

Aus der Reihe von zusätzlichen Neuerungen möchte ich die Geräteschnittstelle zur Kommunikation mit Profinet-Netzwerken nennen. Wir haben Profinet als reinen Kommunikations-Stack in die Geräte integriert. Dieser Ansatz ermöglicht es, allein durch eine Konfigurationsänderung mit derselben Hardware unterschiedliche Kommunikationsanbindungen zu betreiben, darunter UDP raw, Modbus/TCP, Ethernet/IP und jetzt auch Profinet. Anwender benötigen keine speziellen Gerätevarianten – ein PLC-Kopfmodul kann als universaler Zugang zu den verschiedenen Kommunikationssystemen verwendet werden. Das spart Kosten bei der Lagerhaltung und reduziert die Variantenvielfalt.

Wie beeinflussen Themen wie IoT und Industrie 4.0 denn generell die Entwicklungen von Pilz?

Was uns bei Pilz leitet, sind die Anforderungen aus dem Markt und die unserer Kunden. Letztlich geht es ihnen darum, effizienter und flexibler zu produzieren. Die im Rahmen von Industrie 4.0 diskutierten Themen wie Verteilung von Intelligenz und Zerlegung von Maschinen in mechatronische Module verfolgen wir mit PSS 4000 schon seit Jahren. Wir beobachten, dass klassische, monolithische Automatisierungsansätze an Grenzen stoßen. Änderungen in einzelnen Anlagenteilen verursachen hier einen hohen Aufwand auf der Steuerungsebene, da Programmstrukturen und die Verbindungen zu den einzelnen Maschinenmodulen an zentralen Stellen der Steuerung verändert werden müssen. In klassischen SPS-Strukturen muss ich eine genaue Planung vornehmen. Jede Kommunikationsverbindung zwischen einzelnen Komponenten muss weitgehend ‚von Hand‘ eingerichtet werden und der Projektierer muss die zugrunde liegenden Systemregeln kennen. In Summe ist das oft sehr komplex.

Und wie sieht der Lösungsansatz von Pilz aus?

Kurz gesagt, bietet PSS 4000 eine zentrale Sicht auf ein verteiltes System. Statt einer zentralen Steuerung steht dem Anwender ein zur Laufzeit verteiltes Anwenderprogramm in einer zentralen Projektverwaltung zur Verfügung. Über dieses zentrale Projekt werden alle verteilten Steuerungen konfiguriert, programmiert und diagnostiziert. So ist ein einfaches, einheitliches Handling im Gesamtprojekt möglich. Die Vorteile zeigen sich in einem vereinfachten Engineeringprozess. Die Sicht auf Geräte tritt in den Hintergrund – die Steuerungsaufgabe an sich wird zu einer Funktion, die weitgehend unabhängig vom Grad der Verteilung, der Standardisierung und der Bildung von Automatisierungsmodulen an die jeweilige Aufgabenstellung angepasst werden kann.

Safety-Applikationen mit dem üblichen Entwicklungs- und Inbetriebnahmeprozess zu erstellen, reduziert die Komplexität und spart Engineeringzeiten. Redaktion IEE

Jede Steuerungs- oder E/A-Komponente stellt dafür automatisch Prozessdaten allen anderen Steuerungen im Projekt zur Verfügung. Sämtliche Prozessvariablen können so an jeder Stelle eingelesen und für Steuerungsaufgaben verwendet werden. Eine aufwändige Programmierung der einzelnen Kommunikationsverbindungen zwischen mehreren Steuerungsteilnehmern ist deshalb nicht mehr erforderlich. Dieses Multi-Master-Prinzip ermöglicht es, eine dezentrale Intelligenz innerhalb einer Maschine oder sogar über die ganze Anlage ohne großen Aufwand verteilt zu nutzen. Als wir dieses Konzept 2009 am Markt vorgestellt haben, gab es Industrie 4.0 noch gar nicht. Heute jedoch ist Verteilbarkeit und Dezentralisierung der Funktionen eine der Hauptanforderungen, wenn es darum geht, die Flexibilität in Steuerungsarchitekturen für die Produktion zu steigern.

Wo liegen die Vorteile dieser Art von Automatisierung?

Der Projekteur benötigt keine absoluten Adressen mehr – weder für die Automatisierungs- noch für die Sicherheitsfunktionen. Mit PSS 4000 ist es möglich, komplett auf eine symbolische Bezeichnung aller Baugruppen, Netzwerkteilnehmer und aller Prozessvariablen umzustellen. Dank dessen plant der Projektierer seine Funktionen wesentlich freier – oft ausschließlich anhand der Maschinenbezeichnungen oder Betriebsmittelkennzeichen. Erst vor dem Download auf die verschiedenen Geräte entscheidet er, wo welche Funktion ausgeführt werden soll. Alle Regeln zur Programmverteilung und der dann erforderlichen Querkommunikation laufen ohne manuelle Eingriffe im Hintergrund ab. Das spart nicht nur zu Beginn im Engineeringprozess Zeit und Kosten. Werden im Betrieb Änderungen notwendig, sind in der Programmierung lediglich die Zuweisungen an die Komponente anzupassen. Welche Hardware dahintersteckt, ist nicht wichtig, solange sie ihre Funktion erfüllt. Ebenso unproblematisch ist es, wenn beispielsweise bei einem Umbau Komponenten oder Anschlüsse ihren Platz ändern. Im Projektplan lassen sich die neuen Anschlüsse den Gegebenheiten per ‚Verdrahten mit der Maus‘ leicht anpassen, ohne dass die eigentliche Programmierung geändert werden muss.

Die Kernthemen von Industrie 4.0 ‒ Verteilung von Intelligenz und Modularisierung von Maschinen ‒ verfolgen wir mit PSS 4000 schon seit Jahren. Redaktion IEE

Inwieweit unterstützt das auch die Modularisierung von Maschinen und Anlagen?

Idealerweise sollte sich Anzahl und Anordnung der Steuerungseinheiten am Gesamtaufbau der Maschine orientieren, damit sich Anlagen in selbstständig arbeitende Module zerlegen lassen. Um den mechatronischen Ansatz zu unterstützen, erlaubt PSS 4000 eine Hardware-unabhängige Programmierung. Erst beim Zusammenführen der drei Disziplinen Mechanik, Elektrik und Automatisierungstechnik wird entschieden, welcher Teil des Anwenderprogramms in welchem Modul mit entsprechender Hardware läuft. Und dies gleichermaßen für alle Funktionen der Automatisierung und der Sicherheit.

Bislang standen Sicherheitsfunktionen diesem Konzept eigentlich immer entgegen, da sie klassisch einen direkten Hardware-Bezug hatten. Dieses Hindernis haben wir beiseite geräumt und so identische Teilungsgrenzen für Sicherheit, Automation und Visualisierung geschaffen. Rückmeldungen von Anwendern bestätigen uns – Eine Modularisierung führt zu einem höheren Grad der Wiederverwendbarkeit, der Standardisierung und damit zu einer Kostenreduzierung.

Das Interview führte Chefredakteur
Stefan Kuppinger

(sk)