Automatisierungstechnik im Wandel

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1 Automatisierungstechnik im Wandel PAC Programmable Automation Controller Frank Wiedmann Manager Business Development National Instruments Germany GmbH

2 Agenda Steuerungstechnik Vergangenheit, Heute, Zukunft PC in der Automatisierungstechnik Trends (Möglichkeiten & Herausforderungen) PAC (Programmable Automation Controller) Applikationsbeispiele

3 Automatisierungspyramide Unternehmensebene Betriebsebene Prozessebene Feldebene

4 Automatisierungspyramide Unternehmensebene Betriebsebene Prozessebene Feldebene

5 Trends in der Automatisierungsindustrie Zeit Konsequenzen: - Konventionelle Steuerungen reichen nicht mehr - Mechatronischer Entwicklungsansatz

6 Quelle: Daimler AG

7 Steuerungstechnik im Rückblick Generationen Quelle: Siemens Funktionalität Vernetzen Bedienen Beobachten Protokollieren Regeln Rechnen Zählen, Speichern Ablaufketten Zeitglieder Verknüpfungen Erstes Konzept einer SPS G N+H+NB S3 C3+C2+C1 Lieferbeginn: S5 S5-U-Linie S7 VPS SPS

8 Steuerungstechnik Heute & in Zukunft Generationen Quelle: Siemens Funktionalität Vernetzen Bedienen Beobachten Protokollieren Regeln Rechnen Zählen, Speichern Ablaufketten Zeitglieder Verknüpfungen Erstes Konzept einer SPS G N+H+NB S3 C3+C2+C1 Lieferbeginn: S5 S5-U-Linie S7 Zunehmender Automatisierungsgrad Erweiterung der Funkt. Mischgeräte Parallel Sequentiell Parallel

9 PC in der Automatisierungstechnik 1981: IBM kündigt ersten PC an 1990: Einführung von Windows : Einführung von PCI 1996: OPC (Spezifikation 1.0a) 1997: PXI (Industrieplattform) PC-basierte Mensch-Maschine-Schnittstelle (Prozeßvisualisierung, Bedienterminals etc.) Programmierung von Steuerungssystemen durch PC (anstelle von herstellerspezifischen PGs) Prüfstandsautomatisierung (Einsatz von Messgeräten für Qualitätssicherung etc.) Echtzeitbetriebssysteme (Soft-SPS) Die PC-Technologie erschließt immer mehr Anwendungsbereiche. Sie ist bereits jetzt als Bedien- und Visualisierungssystem nicht mehr wegzudenken und übernimmt mehr und mehr Steuer- und Regelaufgaben.

10 Leistungssprung durch Parallele Architekturen Faster processors Multicore processors Clock Speed (khz) Transistor Count CPU Speed Intel QX6700 Quad Core Processor Pair of Core 2 dies in single package 2.66 GHz CPU speed

11 Trends in der Automatisierungsindustrie Zeit Konsequenzen: - Konventionelle Steuerungen reichen nicht mehr - Mechatronischer Entwicklungsansatz

12 Reduzierung Entwicklungszeit Potentiale Anforderungen Entwicklungsprozess Einsatz von Simulation bis hin zur Virtuelle Inbetriebnahme Entwicklungsbegleitendes Testen MechatronischerAnsatz

13 Konventioneller Entwicklungsprozeß Working Machine Risk Conventional Process Production Time

14 Mechatronischer Ansatz Virtual Machine Prototype Simulation Working Machine Conventional Process Mechatronic Process Risk Production Time

15 Reduzierung - Kosten Potentiale Anforderungen Optimierter Entwicklungsprozess Prozessoptimierung -> Erhöhung des Fertigungsdurchsatzes -> Energie- und Ressourcenersparnis Erhöhung der Systemverfügbarkeit / Systemlaufzeit Lebenszyklus der Maschine/Anlage managen (Optimieren und kalkulieren von Wartung und Reparatur)

16 Veränderte Bedingungen in der Automatisierungstechnik > Anforderungen Generell gilt : Erhöhter Einsatz von Software erfordert mehr Softies!!! Modernes Softwareengineering sowie Durchgängigkeit im Softwaredesign Offene und erweiterbare Hard-& Softwarearchitektur Austauschformate und vereinheitlichte Schnittstellen

17 PC-Architektur oder SPS-Architektur? Standardbetriebssystem Offene Echtzeit- Betriebssystem Programmiersprachen Robustheit Integration Entwicklung zyklischer Programme Flexibilität (Software) PCs Flexible Software Kommunikationsprotokolle Datenverarbeitung Offener-I/O- Standard SPSen Hohe Robustheit Echtzeitbetriebssystem Zertifizierung Robustheit und Zuverlässigkeit (Hardware)

18 SPS und PC nähern sich an Hoch Industrie PC Leistungsfähigkeit / Flexibilität Gering PLC Programmable Automation Controller (PAC) Applikation Gering Komplex

19 PAC überwindet Grenzen Hoch Leistungsfähigkeit / Flexibilität Gering Allgem. Meßtechnik Inkl. Signalanalyse, Datenspeicherung Qualitätssicherung SPC Statistical Process PLC Control CM Conditioning Monitoring Gering Programmable Automation Programmable Controller Automation (PAC) Controller (PAC) Applikation Steuer- und Regelungstechnik z.b. Motion, adaptive Regelung Industrie PC Inbetriebnahme + Service Diagnose (Gerät + Prozeß) Simulation (Regleroptimierung) Komplex

20 PAC Definition der ARC Advisory Group Logik, Motion, PID-Regelung Gemeinsamer Datenbestand Prozessablaufbegleitende Softwarewerkzeuge Offene, modulare Architektur Unterstützung für De-facto-Standards Unterstützung mehrerer Automatisierungsdisziplinen Möglichkeit, Daten zentral (z. B. Datenbank) zu verwalten und auszutauschen Einheitliches Softwarewerkzeug für unterschiedliche Maschinen und Prozesseinheiten Einsatzmöglichkeit von separater Steuereinheit bis zur Betriebseinheit in einer Prozessanlage Native Unterstützung von Standards wie TCP/IP, OPC, XML und SQL-Abfragen)

21 NI erweitert den PAC-Begriff Logik, Motion, PID-Steuerung + Bildverarbeitung, schnelle AIO, DIO, Kommunikationsprotokolle Gemeinsamer Datenbestand + Datenbankanbindung, Datenmanagement Prozessablaufbegleitende Softwarewerkzeuge = NI LabVIEW Offene, modulare Architektur = modulares Hardware- und Softwarekonzept Unterstützung für De-facto-Standards = NI LabVIEW bietet native Unterstützung

22 PAC -Beispiel

23 PAC - Beispiel CompactRIO Powered by HMI SCADA etc Profibus- Feldgeräte Weitere Prozess I/Os Motorsteuerung Spezial- I/O

24 PAC - Beispiel CompactRIO Powered by Datenverarbeitung Datenspeicherung Programmverwaltung Prozess- I/Os Motoransteuerung Condition Monitoring HMI SCADA etc Profibus- Feldgeräte Weitere Prozess I/Os CMS Motorsteuerung Spezial- I/O

25 PAC - Beispiel NI Compact Vision System Prozessor mit Echtzeitbetriebssytem Industrietaugliches Metallgehäuse _mit passiver Kühlung 3 IEEE-1394-Ports für _Industriekameras Embedded-Ethernet, _RS-232 und VGA-Ausgang 29 Digital-I/O-Kanäle _(rekonfigurierbar) für Steueraufgaben

26 Die PAC-Plattform von NI Eine universelle Softwareplattform für alle Automatisierungsdisziplinen Eine skalierbare Hardware- plattform bestehend aus: PXI Hohe Leistung Eingebaute Backplanesynchronisierung Basierend auf offenem Industriestandard Compact FieldPoint Einfache Handhabung Robust, industrietauglich Verteilte I/O-Systeme CompactRIO Offenes Embedded- System Rekonfigurierbare FPGA-Module Hohe Geschwindigkeit Robuste Ausführung CVS Industrielle Bildverarbeitung Robuste Ausführung Konzipiert für mehrere Kameras FPGA-Modul Hardware für Industrie-PCs PCI-kompatibel Große Vielfalt an I/O- Modulen Kostengünstig

27 Anwendungsbeispiel Qualitätskontrolle während der Produktion Optische Kontrolle der Drahtführung auf den Steckanschlüssen von Motorspulen: Kontrolle im laufenden Produktionsablauf Abbruch bei Fehler

28 Anwendungsbeispiel Überwachung und Automatisierung von mehreren Hundert Einzelanlagen für die Ölproduktion 305 Gestängetiefpumpen automatiesiert mit FieldPoint (7.000 I/Os) Mit freundlicher Genehmigung von Alcatel Austria AG, Integration & Services Division

29 Anwendungsbeispiel CERN steuert weltweitgrößten Teilchenbeschleuniger "Wir haben uns für eine Plattform mit LabVIEW und PXI entschieden, da sie kleiner, robuster und kostengünstiger ist als das traditionelle Modell mit VME und SPSen. Roberto Losito - CERN

30 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit. Fragen?

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