Maschinenanbindung ist kein Hexenwerk. Stimmen die Voraussetzungen aber nicht, kann Ihnen eine einfache Aufgabenstellung schnell Kopfschmerzen bereiten. Zu beachten sind im Grunde nur wenige grundlegende Voraussetzungen. Wir stellen Ihnen hier die 5 wichtigsten zusammen, die Ihnen für Ihre erfolgreiche Maschinenanbindung helfen.
1. Netzwerkanbindung
Im typischen Maschinenpark findet man Anlagensteuerungen verschiedenen Alters und mit verschiedenen Anbindungsmöglichkeiten vor. Im Idealfall verfügen die Steuerungen über Ethernet-Anbindungen. Damit ist für die Anbindung nur die Verkabelung und eine zugewiesene IP-Adresse notwendig.
Bei Anlagen, die diese Voraussetzungen nicht erfüllen, muss die Nachrüstung der Ethernet-Schnittstelle geprüft werden. Ist die Nachrüstung nicht möglich oder nicht wirtschaftlich, gibt es auch die Option über eine Kleinsteuerung nur gewisse elektrische Signale oder definierte Sensoren zur erfassen, um den Maschinenzustand aufzunehmen.
In jedem Fall sollte mit der IT für Netzwerktrennung und Sicherung der Steuerungsebene über eine Firewall gesorgt werden.
2. Kommunikationsprotokolle und OPC UA
Die Ethernet-Schnittstelle ist die Grundvoraussetzung. Die zweite wichtige Frage ist das Kommunikationsprotokoll, mit dem die Steuerung über das Netzwerk angesprochen wird. Bei vielen Steuerungen sind dies Standardprotokolle. Die verbreitetste Steuerung in Deutschland ist die S7 und damit das ISO-on-TCP Protokoll. An zweiter Stelle findet sich dann bereits das Modbus-Protokoll, welches von vielen Kleinsteuerungen, intelligenten Sensoren, Energie-Messgeräten etc. gesprochen wird. Für jedes Protokoll gibt es OPC Server, mit denen die Anbindung erfolgt. Im Idealfall ein OPC Server welcher alle Protokolle implementiert. Mit OPC UA sind Sie dann technisch im Grunde schon am Ziel.
3. Anforderungen an Maschinendaten
Die reine Maschinenanbindung sagt noch nichts über die Daten aus, die mit der Steuerung ausgetauscht werden. Die Bandbreite geht hier vom reinem lesenden Zugriff auf digitale und analoge Prozessdaten bis hin zu komplexen zusammenhängenden Daten wie Produktionsauftragsdaten. Bei Prozessdaten ist die Anzahl und die Verteilung über den Adressraum der Steuerung zu beachten. Die Kommunikationsprotokolle haben oft protokollbedingte Bandbreitenbegrenzungen. Somit wirken sich die Menge von Datenpunkten und die Verteilung auf der Steuerung auf die möglichen Update-Zyklen aus. Sie können hier optimieren, indem Sie versuchen zusammenhängende Blöcke zu nutzen.
Bei komplexeren Produktionsdaten wie Aufträgen, Verauchsmeldungen o.ä. muss eine Handshake-Funktionalität mit der SPS bzw. mit deren Programmierer vereinbart werden. Der überwiegende Teil an Kommunikationsprotokollen arbeitet Datenpunkt-basiert. Zusammenhänge sind hier nicht bekannt. Die Zusammenhänge müssen durch Handshakes definiert und gesteuert werden. Wird ein Produktionsauftrag übergeben oder ein Verbrauch gemeldet, muss ein definierter Datenpunkt als Trigger für das Abholen eines Datensatzes gesetzt werden.
Besteht die Anforderung für diese Art von Daten aus der SPS sollte das Übergabeverfahren vor der Anbindung geklärt sein um nicht mit inkonsistenten Daten zu kämpfen.
4. Zugriff auf SPS Programmierer
Sind die anzubindenden Maschinen Serienmaschinen oder Seriengeräte, existieren oft vollständig dokumentierte Register- und Datenpunktbeschreibungen. Im Zweifel müssen diese vom Lieferanten eingefordert werden.
Spezieller ist die Anbindung von Steuerungen in Anlagen mit Individualprogrammierung. Hier ist entweder ein gut dokumentiertes und verfügbares SPS Programm oder der direkte Zugriff auf den SPS Programmierer notwendig. Die gewünschten Datenpunkte müssen je nach Anforderung aus dem Programm ermittelt werden oder vom Programmierer in definierte Speicherbereiche bereitgelegt werden. Fehlt das Programm und der Programmierer wird es sehr viel schwerer bis unmöglich aus der SPS die wertvollen Daten zu ermitteln.
5. Puffern von Produktionsdaten
Vor der Umsetzung der Maschinenanbindung sollte die Relevanz der Daten in Punkto Aufzeichnungspflicht geklärt werden. Ein reiner lesender Zugriff auf Prozessdaten wird bei einer Unterbrechung der Netzwerkverbindung zur SPS in einer Datenlücke resultieren. Für viele Daten ist das akzeptabel im Rahmen der üblichen Verfügbarkeiten.
Eine Übertragung muss zu 100% gewährleistet werden, da es für manche Daten eine Aufzeichnungspflicht gibt oder auch Buchungen benötigt werden. In diesem Fall muss vorweg die Pufferung geklärt werden. Eine Möglichkeit ist hier die Zwischenspeicherung von Datensätzen in der SPS, die dann über ein definiertes Handshake-Verfahren lückenlos an das überliegende System übergeben werden.
Fazit:
Unterm Strich bleibt festzuhalten: Maschinenanbindung ist einfach. Wichtig ist ein klares Verständnis bei allen Beteiligten, welche Erwartungen an die Maschinendaten gestellt werden. Da heute die Ethernet-Schnittstelle bei Steuerungen immer mehr Standard wird und OPC Server wie z. B. Kepware OPC Server diverse Protokolle implementieren, können hier schnell beindruckende Erfolge erzielt werden.
