Kundenmagazin der Bachmann electronic GmbH REDUZIERTE KOMPLEXITÄT IM ENGINEERING Komponentenorientierte Applikationsentwicklung DRACHEN ERNTEN DEN WIND EnerKíte nutzt Windenergie in 300 Metern Höhe IM FALL DER FÄLLE OPTIMAL GESCHÜTZT Mit »ready-to-use« Security für Industrie 4.0 09 2015 Editorial , LIEBE LESERIN LIEBER LESER, n, ktionsanlagen steige tomation von Produ Au die an n ge run Die Anforde ssen eff izienInbetriebnahme mü r Entwicklung und de in sse ze strie Pro die richtig sein. »Indu und wir tschaftlich ltig ha ch na en ng ter, die Lösu hang stellenden diesem Zusammen ort auf die sich in tw An die ll so ype« « 4.0 »Interpretations-H hat förmlich einen ff gri Be r se Die Fragen sein. n, was dies lüssigen Erklärunge hr oder weniger sch me t mi st, elö sg au utet. rung wirklich bede für die Automatisie den r zu automatisieren ikationsfähigkeit de un mm Ko die ss da Sicher ist, seit langem ben wir uns schon en muss. 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Die Komponentenorientierung im Bachmann SolutionCenter unterstützt dabei Entwickler in ihrer Arbeit und hilft, Zeit und Kosten zu sparen. CEO 2 realtimes 09 | 2015 Inhalt 42 24 39 Applikation Produkt & Technolgie News 14DRACHEN ERNTEN DEN WIND EnerKíte nutzt Windenergie in 300 Metern Höhe 08 GUT KOMBINIERT: FALL GELÖST! Trending und Alarming im Web visualisiert? ›M1 webMI pro‹ hat den vollen Durchblick! 12 FERNWIRKEN PER MAUSKLICK M1-Automatisierungssystem neu als IEC60870-5 Master 28MEHR TRANSPARENZ AUF EINER PLATTFORM Neue Druckgießmaschinengeneration mit integrierter Safety-Steuerung 34EFFIZIENT, RESSOURCENSCHONEND UND SICHER Regelung und Überwachung von Blockheizkraftwerken der Bayern BHKW GmbH 42MEHR ALS EIN FACE-LIFTING Maßgeschneiderte Messwertverarbeitung für den Forschungs-Großmotor FOMO4524 der FH Flensburg 10KOMMUNIKATION IN ECHTZEIT Effiziente Energieparkvernetzung mit der M1 20WEB-VISUALISIERUNG IN DER INDUSTRIE Innovatives Bedienen und Beobachten 24ROBUSTE FEHLERDIAGNOSE Mehr Zuverlässigkeit und Sicherheit bei Windenergieanlagen 32 PRÄZISION BIS INS DETAIL Beim spezifischen SoftwareRegler für den schweren Maschinen- und Anlagenbau 38 NEUE FEATURES FÜR NEUE ANFORDERUNGEN Netzmessung und -überwachung auf höchstem Niveau mit GMP realtimes 09 | 2015 13ECHTZEITFÄHIGE KOMMUNIKATION Bachmann integriert GOOSE in das M1-Automatisierungssystem 19 SICHERE DREHZAHLERFASSUNG IN WINDENERGIEANLAGEN Neues Safety-Modul SCT202 39 GERÜSTET FÜR ALLE FÄLLE GSP274 vielfach zertifiziert 40 IM FALL DER FÄLLE OPTIMAL GESCHÜTZT Mit »ready-to-use« Security für Industrie 4.0 46LIFE Bachmann auf Messen und Events 47IMPRESSUM 3 Top Story REDUZIERTE KOMPLEXITÄT IM ENGINEERING Komponentenorientierte Applikationsentwicklung Beim Engineering einer Maschine gilt es, durch die sinnvolle Entkopplung der zu automatisierenden Teilsysteme die Komplexität des Gesamtsystems zu reduzieren. Gleichzeitig ist es wichtig, die meist zu berücksichtigende Variantenvielfalt geschickt in der Software-Struktur abzubilden. Die Komponentenorientierung im Bachmann SolutionCenter unterstützt dabei Entwickler in ihrer Arbeit und hilft, Zeit und Kosten zu sparen. R eale Maschinen oder Anlagen bestehen aus einer Vielzahl von Teilsystemen, die sich nach unterschiedlichen Kriterien gliedern lassen. Eine mögliche Strukturierung gelingt beispielsweise nach ihrer räumlichen Zuordnung (»Schaltschrank x«, »Verteilerkasten y«, etc. ), nach der Zugehörigkeit zu einem bestimmten Gewerk (z. B. Mechanik, Elektrotechnik, Verfahrenstechnik, Automatisierung, etc.), nach den Grundfunktionen der Automatisierungslösung (z. B. Sensorik, realtimes 09 | 2015 Aktorik, Bearbeitung, etc.) oder nach der Funktion bezogen auf den technischen Prozess (z. B. Zuführen, Vorbehandeln, Bearbeiten, etc.). Die Gliederung in Teilsysteme ist dabei in mehrerlei Hinsicht sinnvoll und notwendig: So lassen sich die einzelnen Teilsysteme logisch voneinander entkoppeln, der Entwickler kann die Komplexität des Gesamtsystems außer Acht lassen und sich auf die reduzierte Komplexität des Teilsystems und dessen Schnittstelle konzentrieren. 5 Top Story » Die KomponentenOrientierung ermöglicht dem Maschinen und Anlagenbau die Konzentration auf Kernkompetenzen. « Dipl.-Ing. (FH) Georg Scharf, Product Management Tools & Runtime bei Bachmann electronic 6 Konsequente Gliederung reduziert Aufwand Im Weiteren lassen sich solche Teilsysteme auch in (Produkt-)Module im Sinne von »Liefervarianten«, »Zusatzoptionen« oder »frei kombinierbaren Grundfunktionen« gliedern. Diese »Module« können in unterschiedlichen Grundtypen von Maschinen wiederkehrend vorkommen, sodass eine Vereinheitlichung auf ein einzelnes (Produkt-)Modul wünschenswert wäre: Als »mechatronische Komponente« beschreibt dieses einen abgrenzbaren Systemteil, mit einer definierten Funktion basierend auf den Leistungen aller Gewerke (Mechanik, Elektrik, Verfahrenstechnik, Automatisierung, etc.) und den Arbeitsergebnissen aller Disziplinen (mechanischer Aufbau, Verkabelung, Schaltschrank, I/O-Module, Programmierung, Elektrodokumentation, Betriebsanleitung, Serviceanleitung, usw.). Der Begriff der »mechatronischen Komponente« ist jedoch umfassender zu verstehen, denn auch Teilsysteme, die noch in Variationen vorkommen, fallen hierunter. Die Vorteile dieses Vorgehens überzeugen: Eine konsequente Gliederung in Teilfunktionen schafft eine sauberere Architektur und ermöglicht es, investierte Aufwände (Entwicklung, Test, Dokumentation, Prozesserfahrung) so gut wie möglich wiederzuverwenden – im Idealfall vollständig ohne Veränderung. Klassische Automatisierungslösungen In »klassischen Automatisierungslösungen« verschwindet diese Zerlegung in autonome Teilsysteme spätestens bei der Programmierung. Vielfach wird versucht, in einem einzelnen Hauptprogramm mit der Ausgliederung von Funktionalitäten in Bibliotheken »alle« Varianten abzudecken. Jede Änderung oder Erweiterung um eine Variante führt dabei jedoch unwiderruflich zu einer komplett veränderten und neu kompilierten Software und damit zu vielen Varianten des Hauptprogramms im Feld. Damit wird die Verifikation und Wartung aller bisherigen Varianten zunehmend zeitaufwändig und risikobehaftet. Zudem gelingt es in der Regel nicht mehr, die Variationen ausreichend und übergreifend zu dokumentieren – mitunter ist dies reduziert auf Kommentare des Programmierers im Quellcode. Dadurch geht jedoch die Gesamtprozess-Sicht verloren. Vorteil: Software-Module Ein autonomes Software-Modul kapselt seine Implementierungsdetails: Es wird vollständig durch seine definierten Schnittstellen und Eigenschaften beschrieben. Über die Schnittstellen erfolgt der Austausch von Daten bzw. Signalen zwischen den verschiedenen Modulen. Autonome Software-Module werden einzeln kompiliert, versioniert und getestet. Die Funktionen und Parameter der Software-Module werden über eine geeignete Konfigurationsschnittstelle zum Instanzierungs-Zeitpunkt festgelegt und möglicherweise zur Laufzeit verändert. Solche autonomen Module können schließlich untereinander oder zum I/O-System verschaltet werden, um die Gesamtfunktion eines automatisierungstechnischen Systems zu erstellen. Komponenten-Orientierung Für die Automatisierung lässt sich der zweistufige Prozess nun wie folgt beschreiben: Im ersten Schritt werden die Software-Module mit unterschiedlichen Eigenschaften, aber definierter Schnittstelle erstellt und im zweiten Schritt werden diese verschaltet und realtimes 09 | 2015 Top Story realtimes 09 | 2015 Application-Developer Ziel der Komponenten-Orientierung ist es, die Gesamtfunktion des automatisierungstechnischen Systems, die Applikation, durch das Verschalten autonomer Software-Module zu erstellen. Hierfür steht im Bachmann SolutionCenter der Application-Developer zur Verfügung. Dort können die zuvor erstellten Komponenten aus einer Bibliothek entnommen, grafisch verschaltet und anschließend auf einer Steuerung installiert werden. Die Verschaltung ist sowohl zwischen Komponenten, die mit dem Komponenten-Designer erstellt wurden, als auch zu schon vorhandenen Modulen, SVI-Variablen oder zur I/O-Ebene möglich. Eine Applikation wird dabei als eine zusätzliche Gliederungsebene im SolutionCenter abgebildet und zeigt so den logischen Zusammenhang zwischen den Komponenten auf. Der Status der Gesamtapplikation wird im SolutionCenter visualisiert. Ebenso können die zwischen den Komponenten ausgetauschten Variablen mit dem Software-Oszilloskop Scope angezeigt werden. Klare Vorteile Modularisierung bringt viele Vorteile. Seit Jahren unterstützt Bachmann electronic im SolutionCenter dieses Vorgehen in der Erstellung der Automatisierungsapplikation. Mit dem Komponenten-Designer und Application-Developer gelingt es, diese Funktionalität schnell und einfach zu nutzen und so das volle Potenzial des M1-Automatisierungsystems bestmöglich auszunutzen. tatt einer monolithischen Applikation autonome Komponenten, die über eine gemeinsame S Schnittstelle kommunizieren. Bibliothek Richten Monitoring Transport Richten Komponenten-Designer Eine »mechatronische Komponente« abstrahiert ihren internen Aufbau und ist über ihre Schnittstellen (Signal-Austausch, Konfiguration, usw.) vollständig definiert. Mit dem Bachmann Komponenten-Designer im SolutionCenter ist es möglich, diese Definitionen programmiersprachenunabhängig durchzuführen. Die entstehende Datei beschreibt die Komponente vollständig und stellt sämtliche zur Programmierung notwendigen Informationen (Meta-Daten, Dokumente, Beschreibungen, etc.) zur Verfügung. Der Entwickler kann dabei wählen, in welcher Programmiersprache ein entsprechendes Template zur Verfügung gestellt werden soll. Zurzeit stehen Vorlagen für den C/C++Developer zur Verfügung. PLC-Developer Mit dem überarbeiten und vollständig in das SolutionCenter integrierten PLC-Developer wird es möglich, Komponenten in IEC61131-3 zu erstellen. Dies verbindet moderne Unterstützung bei der Code-Erstellung, gewohnte Funktionalitäten im Debugging (bspw. Anzeige aller Variablen im Code, Stepping, Online-Change, usw.) mit der Stabilität und den Möglichkeiten der M1-Steuerungsplattform. Transport erst damit die eigentliche Applikation erstellt. Dies ermöglicht es gleichzeitig, eine an die automatisierungstechnische Problemstellung angepasste Vorgehensweise im Engineering von Maschinen und Anlagen zu wählen: Diese »mechatronischen Komponenten« können in unterschiedlichen Programmier-Sprachen erstellt oder auch zugekauft, und in jedem Fall leicht wiederverwendet werden, denn die eigentliche Realisierung der Funktionalität und ihre Anwendung in der Automatisierungslösung sind vollständig voneinander entkoppelt. Kurz: Der Maschinen- und Anlagenbauer kann sich auf seine Kern-Kompetenz konzentrieren. Auch hier liegen die Vorteile klar auf der Hand: Systeme können modular aufgebaut werden, sodass kundenspezifische Unterschiede (z. B. andere Modulkombinationen, zusätzliche Module, etc.) ohne Modifikation und damit Test der Bestandssoftware erstellt und gewartet werden können. Monitoring Kompilieren Datenaustausch Applikation Applikation 7 Produkt & Technologie GUT KOMBINIERT: FALL GELÖST! Trending und Alarming im Web visualisiert? ›M1 webMI pro‹ hat den vollen Durchblick! Die Spürnasen von Bachmann sind mit der Web-Visualisierung ›M1 webMI pro‹ auf der richtigen Spur und haben derzeit technologisch am Markt die Nase vorn. Die brandneue Version 1.10 kombiniert zwei neue Features und löst damit auch knifflige Web-Visu-Fragen. Zum einen ist der Echtzeit-Datenrekorder Scope 3 nahtlos in das HMI-System integriert und eröffnet so völlig neue Möglichkeiten im Bereich der Trenddarstellung. Außerdem wurden die Funktionen zur Alarmbehandlung erweitert. I mmer mehr Maschinenvisualisierungen werden mit ›M1 webMI pro‹, einer reinen Web-Visualisierung, aufgebaut. Die Maschinenbaubranche weiß deren Vorzüge zu schätzen. In der neuesten Version wurden weitere wichtige Funktionen eingeführt. Trends glasklar erkennen Mit der Integration des Echtzeitdatenrekorders Scope 3 des M1-Automatisierungssystems in die Web-Visualisierung entsteht ein Paket, welches keine Wünsche offen lässt. Die aufgezeichneten Daten mit Abtastraten ab 100 Microsekunden können effizient über HTTP übertragen werden und ermöglichen die Darstellung von Charts in einzigartiger Auflösung – direkt in der Visualisierung. Dank vielfältiger Konfigurationsmöglichkeiten lassen sich die Diagramme beliebig auswerten. Anwender sind damit auch für zukünftige Anforderungen bestens gerüstet. realtimes 09 | 2015 Alarme sicher gehandhabt Mit der Version 1.20 wird dann ein weiterer Funktionsbereich ausgebaut: das Alarmhandling. Für Maschinenvisualisierungen braucht es eine flexible Lösung ohne Einschränkungen. Einfach zu projektierende Alarme auf Basis von Variablenwerten, beliebig konfigurierbare Bedingungen, Alarmbedingungen auf Bitebene und anpassbare UI-Komponenten sind hierfür die Grundlage. Mit den neuen Funktionen zum Alarmhandling ist ›M1 webMI pro‹ die passende Lösung für praktisch jede Anwendung. Technologisch einen Schritt voraus Die Web-Visualisierung ›M1 webMI pro‹ bestätigt mit den jüngsten Erweiterungen eindrucksvoll die führende Rolle im Bereich der Maschinenvisualisierung. Die neuen Trending- und Alarming-Funktionen beweisen einmal mehr, dass den Web-Technologien die Zukunft gehört. 9 Produkt & Technologie KOMMUNIKATION IN ECHTZEIT Effiziente Energieparkvernetzung mit der M1 Der stetig größer werdende Einsatz erneuerbarer Energiequellen im Netz erhöht auch die Anforderungen an die Kommunikation: Ein kontinuierlicher Datenaustausch muss jederzeit und absolut zuverlässig gewährleistet werden – immer unter Beachtung der entsprechenden Normen und Standards. Dabei werden hohe Anforderungen an die Echtzeitfähigkeit, Manipulationssicherheit sowie Verfügbarkeit gestellt. H eute speisen Windparks und Wasserkraftanlagen ebenso in unser Stromversorgungsnetz ein, wie Solarparks, Blockkraftheizwerke und Biogasanlagen. Damit dies reibungslos funktionieren kann, bedarf es eines ausgeklügelten Kommunikationssystems. Im Bachmann M1-Automatisierungssystem stehen alle international erforderlichen Fernwirkprotokolle der Energietechnik als Softwarelösung bereit und können ohne Aufwand installiert werden. Zusatzhardware oder Änderungen am Betriebsführungsprogramm sind nicht notwendig. Vorgaben des Kunden können somit schnell und kostengünstig realisiert werden. Vernetzung in der Windenergie und Energieverteilung Im Bereich der Energieerzeugung und -verteilung haben sich spezielle Standards für die Vernetzung etabliert. 10 Das modernste Protokoll ist dabei in der IEC61850 definiert. Damit eng verwandt ist die Definition in der IEC61400-25 für Windenergieanlagen. Beide Standards lassen sich mit dem Bachmann-MMS-Server bedienen. Dieser wird als Softwaremodul direkt auf der Steuerung installiert und bietet einen IEC-konformen Zugriff auf die Prozessdaten in der Steuerungs- und Überwachungseinrichtung. Mit dem Softwarepaket MMS-Client lassen sich Peripheriegeräte, wie Leistungsschalter, meteorologische Stationen und Netzüberwachungsgeräte, einbinden: Ein solches Gerät verhält sich somit wie ein »normaler« Feldbusknoten, der IstWerte in das Ablaufprogramm liefert und Sollwerte sowie Parameter vom Ablaufprogramm erhält. Wie bei allen Anwendungen auf dem M1-System können dabei die Anwendungsprogramme in IEC61131-3, C oder C++ geschrieben sein. Anlagen der Energietechnik weisen einen langen Lebenszyklus auf, deshalb werden auch ältere Standards noch häufig eingesetzt. Dazu zählt in Mitteleuropa die Normenreihe IEC60870 sowie in englischsprachigen Ländern der Standard DNP3. Beide Standards sehen sowohl TCP/IP-Netzwerke als auch serielle Verbindungen vor – wahlweise auf 2-Draht-Leitungen oder als LWL-Verbindung. Beide genannten Protokolle sind ebenfalls als Softwarelösungen für die Bachmann-Steuerung verfügbar, es kann sowohl die Masterals auch die Slave-Funktion ausgeübt werden. Für die Erzeugung der nach außen sichtbaren Informationsobjekte steht im SolutionCenter ein Werkzeug zur Verfügung, das den Anwender mit Dialogen und Assistenten unterstützt und die Eingaben sofort überprüft. So werden inkonsistente oder fehlerhafte Konfigurationen vermieden. realtimes 09 | 2015 Produkt & Technologie Solarpark (S er ve r) (Client + Server) se ri U A p er O PC t En rv Se IEC61850 PC O Netz Blockheizkraftwerk er DNP3 (Maste r + Ou tstatio n) Goose MO P/ UD P/ RT U/ m eco CI I ) ver Ser blu AS t+ ien (Cl realtimes 09 | 2015 TC 25 00- Echtzeitfähiges Übertragungsprotokoll ›bluecom‹ Für den synchronen Datenaustausch in Netzwerken hat Bachmann das echtzeitfähige Kommunikationsprotokoll ›bluecom‹ entwickelt. Auf Basis von Ethernet-Mechanismen ist es für schnelle Echtzeit ausgelegt, indem beispielsweise 250 Teilnehmer in 20 ms Datenpakete von 250 Byte austauschen können. Damit steht dem Anwender eine Technologie zur Verfügung, mit der auch große Windparks geregelt werden können. Der priorisierte Ethernet-Verkehr kann parallel zu anderen Protokollen wie OPC oder IEC6140025 betrieben werden, die Vernetzung kann mit handelsüblichen Switches aufgebaut werden. ›bluecom‹ ermöglicht variable Topologien und mit den eingebauten Kontrollmechanismen können Einzelstationen bis hin zu ganzen Netzsegmenten unterbrechungsfrei US 614 IEC Wasserkraftwerk DB 4 10 3/ 0 /1 01 1 -5 70 8 0 C6 IE riber) Subsc sher + (Publi Biogasanlage Umspannwerk Windpark hinzugefügt oder kontrolliert entfernt werden. Mit dem M1-Automatisierungssystem kann das bevorzugte Kommunikationsprotokoll ohne Änderung der Automatisierung frei gewählt werden. So können Anwender flexibel auf wechselnde Anforderungen reagieren. 11 News FERNWIRKEN PER MAUSKLICK M1-Automatisierungssystem neu als IEC60870-5 Master Mit der Bachmann M1-Steuerung als IEC6870-Slave können Prozessdaten einem übergeordneten Fernwirknetz zugänglich gemacht werden. In der neuen Version 2.0 des Pakets IEC60870-5 kann das M1-Automatisierungssystem auch als Master konfiguriert werden und so andere Geräte auch steuern und überwachen. Unterstützt werden die Ausprägungen -101, -103 und -104 des Protokolls. D ie IEC60870-5 ist vorwiegend in Europa stark verbreitet. Sie wird in kommunalen und überregionalen Verteilnetzen, Schaltanlagen und Kraftwerken, aber auch in Infrastrukturprojekten, wie der Beleuchtung oder in der Wasserversorgung, eingesetzt. Bachmann hat die Funktionalität der M1-Steuerung nun deutlich erweitert: Mit dem neuen Software-Release kann sie auch als IEC60870-5 Kommunikations-Master eingesetzt werden und so entsprechende Geräte überwachen und steuern. Dieser lässt sich dabei wie ein klassischer Feldbus in die Anwendung integrieren und mit nur wenigen 12 Mausklicks auf der Steuerung in Betrieb nehmen. Die zuletzt empfangenen Daten werden als Prozesswerte dargestellt und stehen direkt im Prozessabbild des Anwendungsprogrammes zur Verfügung. Funktionstests können zudem direkt im SolutionCenter ausgeführt werden. Vielfältige Anwendungsmöglichkeiten Zusätzlich stehen die Daten inklusive Zeitstempel, Qualitätsinformation und Übertragungsursache (COT – Cause of transmission) für komplexere Anwen- kann ebenfalls auf eintreffende Datenpakete der externen Slave-Geräte ereignisorientiert reagieren. Wie bereits der Slave unterstützt nun auch der Master für IEC60870-5 die Ausprägungen -101 und -103 für serielle Übertragung und -104 für TCP/IP-Netzwerke. Alle notwendigen Schnittstellen (COM-Ports und Ethernet) sind auf der M1-Steuerung standardmäßig integriert. dungen zur Verfügung. Die M1-Steuerung realtimes 09 | 2015 News ECHTZEITFÄHIGE KOMMUNIKATION Bachmann integriert GOOSE in das M1-Automatisierungssystem Die Kommunikationsstandards IEC61850 bzw. IEC61400-25 für die Kommunikation von Windkraftanlagen werden bereits seit 2008 vom Bachmann M1-Automatisierungssystem unterstützt. Sie wurden nun in ihrer Funktionalität durch die Kommunikation nach GOOSE erweitert. D ie Interoperabilität des Bachmann MMS Servers mit Geräten anderer Hersteller wird laufend erfolgreich verifiziert. Zuletzt bescheinigte auch der TÜV Süd nach einem umfangreichen Zertifizierungstest die Konformität zur IEC61850 Ed. 2. Die Produkte MMS-Server und MMS-Client werden jedoch auch laufend funktional erweitert: Wurde bisher nur die TCP/IP-basierte Kommunikation nach MMS unterstützt, steht mit dem neuesten Release jetzt auch die echtzeitfähige Kommunikation nach GOOSE (Generic object oriented substation event) zur Verfügung. Dabei werden im Ethernet-Netzwerk priorisierte Multicast-Telegramme übertragen. Vereinfachte Kommunikation GOOSE erfordert im Gegensatz zu TCP/IP keinen Verbindungsaufbau zwischen den Teilnehmern, sondern funktioniert wie eine Radioübertragung: Der Sender (GOOSE Publisher) sendet seine realtimes 09 | 2015 Informationen in das Netzwerk, und jeder Teilnehmer hat die Möglichkeit, diese Nachricht zu empfangen. Der Empfänger (GOOSE Subscriber) muss sich dafür weder beim Sender anmelden noch den Empfang eines Paketes bestätigen. Um Betriebsvorgänge wie zeitweilige Netzwerkunterbrechungen oder das temporäre Ausschalten eines Gerätes zu berücksichtigen, werden die GOOSE Messages einfach in einem definierten Intervall wiederholt. Weites Einsatzgebiet Einsatzgebiete für GOOSE sind dabei im Wesentlichen die Vernetzung von mehreren Schutz- und Schaltgeräten in einem 3-phasigen Stromnetz, um Schalter gegeneinander zu verriegeln oder um den Gleichlauf mehrerer Stufenschalter zu gewährleisten. Die bisher über diskrete Leitungen geführten und an den jeweiligen Geräten separat aufgelegten Steuersignale können mit GOOSE entfallen. GOOSE Publisher versenden ausschließlich Istwerte und Zustände des eigenen Gerätes, meist handelt es sich dabei um Binärinformationen, wie beispielsweise die Schalterzustände eines Schutzgerätes. Eine Befehlserteilung über GOOSE ist nicht vorgesehen. Das heißt, dass jedes empfangende Gerät selbstständig mit einer entsprechenden Logik auf die geänderten Zustände in seiner Umgebung reagieren muss. 13 Applikation DRACHEN ERNTEN DEN WIND EnerKíte nutzt Windenergie in 300 Metern Höhe Doppelter Ertrag, halbierte Kosten, ressourceneffizient und weltweit wirtschaftlich – das sind die schlagkräftigen Argumente der EnerKíte GmbH, mit Sitz in Kleinmachnow nahe Berlin (D) für ihre Flugwindkraftanlagen. Gemeinsam mit Bachmann electronic als Partner für die Steuerungslösung arbeiten sie an der Serienreife ihres Produkts, mit dem sich konkurrenzlos preiswerter Öko-Strom erzeugen lässt. Applikation » Flugwindkraftanlagen können sich zudem Herkömmliche Kleinwindanlagen sind durch eine intelligente Betriebsführung den weltweit an weniger als zwei Prozent ständig wechselnden Windbedingungen optider möglichen Binnenstandorte konkurrenzmal anpassen. Mit weit über 5000 Vollastfähig«, erläutert Dr.-Ing. Alexander Bormann, stunden im Binnenland erreicht die Nutzung CEO der EnerKíte GmbH, den Hintergrund der Windenergie ein seiner Bemühungen. bisher nicht gekanntes »Mit unseren Drachen » Wir setzen auf Maß an Rentabilität kann an 80 Prozent und Versorgungssider weltweit möglichen Partner, die weltweit cherheit. Standorte Strom er- EnerKíte Die EnerKíte GmbH mit Sitz in Kleinmachnow nahe Berlin (D) wurde 2010 gegründet. Bereits seit 2006 arbeitet das Kernteam an der Entwicklung von automatisierten Drachensystemen. www.enerkite.de führende Experten auf zeugt werden – und High-Tech-System das deutlich wirtschaftihrem Gebiet sind. « mit nur wenigen licher als mit PhotovolDr.-Ing. Alexander Bormann, Komponenten taik oder Dieselstrom.« Geschäftsführender Gesellschafter Ker nst ück dieser Es sind tatsächlich der EnerKíte GmbH Lenkdrachen – sogenanneuen Technologie nte Kites – die EnerKíte sind ultraleichte und dafür in den Himmel schickt. Diese steigen hocheffiziente Flügel. Sie sind für einen in bisher unerreichte Höhen auf: »Unsere hohen Auftrieb optimiert und verfügen dank Drachen fliegen bis zu 300 Meter hoch. Dort starrer Bauweise über die Flugfähigkeit eines herrschen einerseits stärkere und bestänSegelflugzeugs. Dies sind grundlegende Vordige Winde, andererseits liefern EnerKites aussetzungen für den produktiven Betrieb schon bei niedrigen Geschwindigkeiten der Flugwindkraftanlage. Über drei vervolle Leistung« erklärt Alexander Bormann. schleißfeste Hochleistungs-Kunststoffseile In 200 bis 300 Metern Höhe wehen die Winde im Binnenland kräftiger und beständiger. Für Windenergieanlagen sind diese Höhen nur mit sehr großem Aufwand erreichbar. realtimes 09 | 2015 15 Applikation sind die Flügel mit Seilwinden am Boden verbunden. In der Hauptseiltrommel befindet sich ein Generator. »Auf diese Eigenentwicklung sind wir stolz. Wir haben eine integrierte Generatoreinheit patentiert, die einen extrem großen, variablen Drehzahlbereich bietet, ohne dass dafür Kompromisse in der Effizienz oder bei den Kosten hingenommen werden müssen«, freut sich Alexander Bormann. Eine Bachmann M1-Steuerung regelt die komplexen Flugbewegungen. Zudem gehört ein Batteriespeicher zur Grundausstattung jeder Anlage. Wechselrichter geben den elektrischen Strom an die Verbraucher ab oder speisen diesen ins Netz ein. I n der Luft befindet sich nur, was in die Luft gehört: Sämtliche Komponenten, die zur Energiewandlung und Steuerung gebraucht werden, befinden sich in einem Container am Boden. 16 Vollautomatischer Betrieb Die Funktionsweise der Flugwindkraftanlage ist denkbar einfach: Die EnerKítes arbeiten zyklisch in zwei Phasen. In der Arbeitsphase steigt der Flügel in Achten in die Höhe. Das dabei ausgezogene Seil treibt eine Generatorwinde am Boden an. In der Rückholphase gleitet der Drache auf direktem Weg mit geringer Kraft – unter Verwendung eines Bruchteils der zuvor gewonnenen Energie – zur Ausgangshöhe zurück und geht erneut in die Arbeitsphase über. Ein Zyklus dauert circa eine Minute, wobei die Rückholphase nur 10 Sekunden beträgt. »Anders als bei klassischen Windenergieanlagen wird bei unserem System der Strom am Boden erzeugt«, so Alexander Bormann. »Von dort erfolgt auch die Steuerung des Flügels, wodurch sich nur das in der Luft bewegt, was auch in die Luft gehört. Start, Betrieb und Landung des Flügels laufen vollautomatisch ab.« Der Flügel ist an einem rotierenden Mastsystem befestigt und wird dort auf die notwendige realtimes 09 | 2015 Applikation ür den Testbetrieb verwendet EnerKíte einen LKW als Bodeneinheit, in der der Strom mittels F Generator in der Seilwinde erzeugt wird. Bahngeschwindigkeit für den Aufstieg gebracht, ehe er vom Mastende gelöst wird und seine Arbeit beginnt. »Dieses System erlaubt uns das automatische Starten selbst bei sehr geringen Windgeschwindigkeiten«, macht Alexander Bormann den Vorteil deutlich. Der Teleskopmast wird im Anschluss eingefahren und verbleibt dort bis zur wieder endgültigen Landung des Flügels. »Dazu fährt der Mast erneut aus und rotiert mit dem Flügel mit während die Seile eingezogen werden«, so Alexander Bormann. »Klinkt der Flügel am Mastende ein, wird dieser wieder eingefahren und in Park- und Wartungsposition geneigt.« Komplexe Steuerung mit Bachmann realisiert Die EnerKítes können auf der ganzen Welt eingesetzt werden. »Egal ob sie in ein Netz einspeisen oder im Inselbetrieb Anwendung finden, als Ersatz für Blockheizkraftwerke in Gewerbe- und Landwirtschaftsbetrieben dienen oder bei fehlender Versorgungssicherheit in Krisengebieten aufgebaut werden – überall dort können die Kites genutzt werden«, schildert Alexander Bormann. Er ist fest davon überzeugt, dass 2017 die Markteinführung gelingt. »Davor müssen wir noch einen realtimes 09 | 2015 r.-Ing. Alexander Bormann, D Geschäftsführender Gesellschafter der EnerKíte GmbH und Dipl.-Math. Max Ranneberg, Simulation & Control einjährigen Probebetrieb absolvieren und die letzten Schritte angehen«, so Bormann weiter. »Jetzt gilt es vor allem, das automatische Starten und Landen ausgiebig zu testen.« Auch daran arbeiten die Spezialisten von Enerkíte und Bachmann electronic intensiv zusammen. Das M1-Automatisierungssystem kommt zur Regelung der Flugbewegungen, zur Betriebsführung und Zustandsüberwachung zum Einsatz. »Wir hatten uns zunächst an den Aufbau einer eigenen Steuerung gewagt, mussten allerdings erkennen, dass dies nicht zu unseren Kernkompetenzen zählt«, gibt Dipl.-Math. Max Ranneberg, Simulation & Control bei der EnerKíte GmbH, offen zu. »Umso besser, dass wir mit Bachmann einen Partner fanden, mit dessen Hilfe die Steuerung schon nach einer Woche problemlos funktionierte und unsere Kites seither zuverlässig fliegen.« Höchste Sicherheit Die Flüge der Kites werden mit MATLAB®/ Simulink® modelliert und simuliert. Die Ergebnisse daraus fließen dann unmittelbar in die Optimierung der Steuerungsalgorithmen ein. »Wir müssen sicherstellen, dass unter allen Umständen, selbst wenn alle 17 Applikation Hauptfunktionen versagen, die sichere Landung der Drachen gewährleistet ist«, unterstreicht Max Ranneberg. Auch die geforderte Flexibilität gegenüber den verschiedenen Betriebssituationen wird mit der Bachmann-Steuerung abgedeckt: »Die M1-Automatisierung kann eine Vielzahl an Signalen direkt verarbeiten. So können wir unter anderem auch auf Umwelteinflüsse wie Witterung und Klima reagieren und den Betrieb entsprechend anpassen«, zeigt sich Max Ranneberg erfreut. Herausforderungen gemeinsam meistern »Wir sind von Bachmann überzeugt«, bestätigt Alexander Bormann. »Das Unternehmen ist konsequent an den Bedürfnissen der Kunden orientiert. Das ist für uns wichtig und garantiert ein hohes Maß an Zuverlässigkeit und Qualität. Und hier haben wir keine Wahl: Fehler am Produkt darf es nicht geben.« Beim Brandenburger Start-up ist man sich auch der Tatsache bewusst, dass die Industrialisierung der Höhenwindtechnologie noch viele Herausforderungen an das Team stellen wird. »Die Idee alleine genügt nicht, sondern es gilt ein komplexes System zu verstehen. Alleine ist das kaum zu schaffen. Darum setzten wir auf weltweit führende Experten und Vorreiter«, so Alexander Bormann. »Mit Bachmann ist uns dies eindeutig gut gelungen.« Zyklischer Prozess: In der Arbeitsphase steigt der Flügel circa eine Minute lang in Achten auf und erntet die Windenergie. Dann folgt die Rückholphase, in der der Kite innerhalb von 10 Sekunden auf das Anfangsniveau zurückfliegt. 18 Energiegewinnung Phase 1 Phase 2 01 02 Zeitraum realtimes 09 | 2015 News SICHERE DREHZAHLERFASSUNG IN WINDENERGIEANLAGEN Neues Safety-Modul SCT202 Intuitive, zeitsparende Konfiguration und Programmierung Voller Funktionsumfang in Sicherheitstechnik und Betriebsführung Preiswertes Paket D as Sicherheitsmodul SCT202 verfügt über vier Zählerkanäle, die dem Anwender neben Zählerständen auch direkt das Frequenzsignal liefern. Dies verringert den Aufwand beim Einsatz zur Geschwindigkeitsmessung und ermöglicht eine zusätzliche Sicherheitsfunktion, die »schnelle Abschaltung«: Durch permanente Überwachung der Frequenz erfolgt bei Erreichen eines maximalen Grenzwerts der Drehzahl die schnelle Schaltung des integrierten sicheren Digitalausgangs innerhalb von nur 1 ms. Ist dieser Ausgang direkt mit dem Sicherheitseingang des Pitchs verbunden, kann sofort und ohne jegliche Verzögerung eine Notbremsung eingeleitet werden. Die Gesamtreaktionszeit wird entscheidend verkürzt. Schnelle Non-Safety Messung Sämtliche Frequenz- und Zählermesswerte können direkt für Non-Safety Applikationen verwendet werden. Die Messwerte werden alle 50 µs aktualisiert und sind nicht an den Safety-Zyklus gebunden, was auch die Umsetzung schneller Regelungsapplikationen realtimes 09 | 2015 ermöglicht. Ein separates Zählermodul für Anwendungen der Betriebsführung ist somit nicht mehr notwendig, was die Kosten gerade gegenüber nicht integrierten Sicherheitslösungen in der Serienfertigung senkt. Das Impulszählermodul SCT202 übernimmt unterschiedlichste Aufgaben in einer Windenergieanlage, wobei es hauptsächlich in der Gondel zum Einsatz kommt. Haupteinsatzgebiet sind die Überwachung der Hauptwellendrehzahl und des Getriebebruchs. Mehr Sicherheit Im Retrofit zeichnet sich das Modul durch maximale Flexibilität aus. Die vielen möglichen Funktionen in Kombination mit den Eigenschaften des Moduls, wie z. B. die Unterstützung unterschiedlicher Geber-Signalpegel, erlauben ein breites Anwendungsgebiet. So wird nicht nur platzsparend auf die aktuellste Sicherheitstechnik aufgerüstet, sondern bei geschickter Anwendung können auch eine Vielzahl an Non-Safety-Funktionen direkt umgesetzt werden. 19 Produkt & Technologie WEB-VISUALISIERUNG IN DER INDUSTRIE Innovatives Bedienen und Beobachten Bedienoberflächen von Maschinen und Anlagen müssen zunehmend die Erwartungen von Anwendern erfüllen, die vom Umgang mit Smartphones und Tablet-PCs geprägt sind. Das stellt hohe Anforderungen an die Visualisierungslösung des Maschinenherstellers, bietet ihm aber auch die Chance, sich mit innovativen Bedienkonzepten vom Mitbewerb abzuheben. Für diese Aufgabe hat Bachmann neben seiner Steuerungswelt ein Paket zur Erstellung von Visualisierungen im Portfolio. Das System basiert auf Web-Technologie und lässt sich direkt in die Steuerung integrieren. M it jeder neuen Maschinen- oder Anlagengeneration, oder oft auch ungebeten aufgrund von Produktabkündigungen, stellt sich auch die Frage nach der passenden Visualisierungslösung. Die Anforderungen an Benutzeroberflächen sind vielfältig. Modern, intuitiv und benutzerfreundlich sollen sie sein und stellvertretend für die meist nicht sichtbare Technik Qualität und Zuverlässigkeit ausstrahlen. Wenn die Kosten für einen weiteren Ausbau der bestehenden Lösung unter Berücksichtigung aller notwendigen Kompromisse und der bekannten, historisch gewachsenen Probleme nicht mehr tragbar sind, wird es Zeit, sich nach einer zukunftsfähigen Alternative umzusehen. Im Auswahlprozess gilt es zahlreiche Entscheidungskriterien wie aktuelle Trends bei Hard- und Software für Human Machine Interface-Lösungen zu berücksichtigen, um an die passende Visualisierungslösung zu gelangen. 20 Anforderungen an die Visualisierung Neben den Hauptaufgaben einer Visualisierung, das sichere Bedienen und Beobachten einer Maschine oder Anlage, gibt es eine Reihe von nicht-funktionalen Anforderungen, die immer mehr an Bedeutung gewinnen. Für Anwender steht die benutzerfreundliche und intuitive Handhabung im Sinne einer positiven User Experience im Vordergrund. In Zeiten von Smartphones und Tablets ist die Erwartungshaltung diesbezüglich in kurzer Zeit sehr stark angestiegen. Im Hintergrund steigen damit auch die Anforderungen der Entwicklungsmannschaft an die dafür eingesetzten Technologien, um zeitgemäße Lösungen in vertretbaren Kostenrahmen liefern zu können. Aus der Kostenperspektive lassen sich bereits viele dieser Anforderungen identifizieren. Als erstes liegt das Hauptaugenmerk meist auf dem initialen Entwicklungsaufwand für eine neue Visualisierungslösung und damit eher auf dem Softwareteil. Gibt es bereits vorgefertigte Komponenten die sich passend integrieren lassen und lassen sich diese bei Bedarf entsprechend erweitern? Hat das Entwicklungsteam das entsprechende Know-how, um schnell in die Umsetzung zu kommen? Sind am Arbeitsmarkt zukünftige Mitarbeiter mit entsprechender Qualifikation leicht zu finden? Passt die Architektur des Laufzeitsystems zu den Anforderungen und dem zugrundeliegenden Steuerungssystem? Auch die mitgelieferten Entwicklungswerkzeuge sollten genau evaluiert werden, um festzustellen, ob sie den Erfordernissen genügen. Im Anschluss an die initiale Entwicklung spielen Softwarewartung und -Wiederverwendung eine wichtige − wenn nicht wichtigere − Rolle für die Lebenszykluskosten. Sollen zudem noch mehrere Produktfamilien mit ähnlichem Look & Feel betreut werden, bieten komponen- realtimes 09 | 2015 Produkt & Technologie tenbasierte Elemente, die durch Parametrisierung einfach an die jeweilige Anwendung angepasst werden können, immense Vorteile bei den Entwicklungsund Wartungskosten. Weniger Abhängigkeiten durch Standardisierung Bei der Auswahl der passenden Visualisierungshardware hat sich aufgrund der fortschreitenden Standardisierung im Bereich der Kommunikation einiges getan. Vorbei sind die Zeiten, in denen Anwender aufgrund proprietärer Feldbuskommunikation auf den meist bereits festgelegten Steuerungshersteller eingeschränkt waren. Lösungen, die heutzutage nicht über Ethernet kommunizieren, sollten daher grundsätzlich hinterfragt werden. Eine weitere Standardisierung weg von proprietären Protokollen bahnt sich auch auf der Softwareseite an. Auf Basis von lang erprobten Standards wie HTTP und HTML sind web-basierte Lösungen längst in der industriellen Praxis angekommen. Die Liste der Anforderungen an Visualisierungsgeräte ist damit sehr kurz geworden und beschränkt sich im Wesentlichen auf eine Ethernet-Schnittstelle und einen Web-Browser. Trend zu web-basierten Visualisierungen Alleine durch die Client/Server-Architektur einer web-basierten Visualisierung ergeben sich einige Vorteile: Ohne weiteres Zutun können auf einer Anlage mehrere Panels parallel im Multi ClientBetrieb eingesetzt werden. Ebenfalls lassen sich mobile Endgeräte meist sehr einfach einbinden, zum Beispiel für Spezialaufgaben wie Serviceeinsätze. Beim Client/Server-Prinzip wird die Datenhaltung wie auch die Applikation zentral auf einem Server ausgeführt, realtimes 09 | 2015 Die neuen Panel-PCs der Produktfamilien OT1200 und OT1300 im Breitbildformat von 7'' bis 21.5'' glänzen mit sehr guten Blickwinkeln, hellem Bild und starken Farben und sind auch mit projektiv-kapazitivem Mulit-Touch erhältlich. In Kombination mit dem hochperformanten Box-PC BPC1500 ist auch eine Absetzung des Displays bis zu 100 Meter möglich. falls notwendig auch redundant. Um Mehrkosten für zusätzliche Hardware zu vermeiden, kann dies gleich integriert auf der Steuerung geschehen. Mit dieser Architektur reduzieren sich auch die Performanceansprüche an die Visualisierungshardware und die damit verbundenen Kosten. Im Reparaturfall, der in der Regel eher die exponiertere Visualisierungshardware als die in Schaltschränken geschützte Steuerungshardware betrifft, müssen daher auch keine Daten auf das Ersatzgerät transferiert werden. Die oft beachtlichen Kosten für wechselbare Speichermedien können entfallen. Bei der Auswahl der passenden web-basierten Lösung gibt es einige Aspekte zu beachten. Handelt es sich tatsächlich um eine native Web-Technologie oder sind Browser Plugins erforderlich? Abgesehen davon, dass Plug-ins zunehmend an Bedeutung verlieren, müssen sie auch noch auf den Endgeräten installiert werden − und in Zukunft kompatibel bleiben. Ein weiteres Entscheidungskriterium aus Entwicklungssicht ist die Möglichkeit, wiederverwendbare Komponenten in Form von Objekten abzubilden. Wenn sich diese Objekte 21 Produkt & Technologie von der Kommunikationsschnittstelle der Steuerungsplattform bis in die Visualisierung durchziehen, verringern sich Engineeringaufwände und mögliche Fehlerquellen. Durch wiederverwendbare Bausteine werden auch Wartung und anknüpfende Weiterentwicklungen vereinfacht, vor allem wenn eine einheitliche Lösung über ein Produktportfolio hinweg angestrebt wird. Die Gesamtlösung im Blick Die Freiheit, aus Produkten unterschiedlicher Hersteller wählen zu können, bedeutet auch, einen Teil der as Bachmann HMI D Produktportfolio bietet für jeden Anwendungsfall eine passende Lösung in höchster Qualität und lässt sich bei Bedarf auch maßgeschneidert an ihre Anforderungen anpassen. 22 Verantwortung für das reibungslose Funktionieren des Gesamtsystems zu übernehmen. Dazu gehören erhöhte Integrations- und Testaufwände, eventuell auch zusätzlicher Entwicklungsaufwand, um die Software auf dem Visualisierungssystem entsprechend anzupassen. Es lohnt sich daher genau abzuwägen, ob ein Gesamtsystem aus Steuerungsplattform, Visualisierungssoftware und -hardware aus einer Hand schlussendlich nicht doch die bessere Wahl ist. Damit liegt die Verantwortung des störungsfreien Zusammenwirkens an einer greifbaren Stelle. Einem Lock-In-Effekt kommt dies nicht gleich, da es jederzeit wieder möglich ist, diese Koppelung aufzulösen. Ein Investitionsschutz für die Aufwände der Visualisierungsapplikation ist damit weiterhin gegeben. Eine engere Verzahnung kann auch zu Erleichterungen in der Entwicklung führen, wenn beispielsweise Geräteschnittstellen wie Funktionstasten, LEDs oder das Dimmen des Bildschirms gefordert sind. Softwarekomponenten, die mit dem Visualisierungsgerät mitgeliefert und aus der Visualisierungsapplikation einfach angesprochen werden können, reduzieren hier den Aufwand. Nicht vernachlässigt werden sollten auch die erforderlichen Schritte, um die Visualisierungshardware vor Ort in Betrieb zu nehmen. Je besser die Gesamtlösung integriert ist, umso einfacher lässt sich die Inbetriebnahme in wenigen Schritten auch von unerfahrenen Technikern erledigen. Widescreen und Multi-Touch Der Trend zu Widescreen-Diagonalen und den von Smartphones und Tablets bekannten projektiv-kapazitiven Multi-Touch-Glasoberflächen ist augenscheinlich, wenn man sich die neuen Produkte fast aller Hersteller auf den vergangenen Messen angesehen hat. Bei Widescreen-Diagonalen lässt sich ruhigen Gewissens behaupten, dass sich dieser Trend bereits durchgesetzt hat. Das zeigt alleine schon die große Nachfrage der Abnehmer. Im Fall von Multi-Touch-Technik ist vermutlich die im Vergleich zu resistiven Touch-Folien anmutende Ästhetik der Glasoberfläche noch einer der Haupttreiber. Die recht neue Funktionalität, auf mehrere Berührungspunkte in Form von Gesten in der Visualisierung entsprechend zu reagieren, wird erst vereinzelt auch realtimes 09 | 2015 Produkt & Technologie 2 ! Manfred Mustermann DE Mo. 8. Sep 09:42 PROCESS STEPS a 2D ANSICHT EIN WERKZEUGE ZEIGEN 2 ! Manfred Mustermann EIN HINWEISTÖNE ! ? DE Mo. 8. Sep 09:42 a 2 WARNUNGEN! 2D ANSICHT AUS EIN ! 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 14 12 2 Manfred Mustermann DE Mo. 8. Sep 09:42 WERKZEUGE ZEIGEN OVERVIEW 1 EIN HINWEISTÖNE PARAMETERS Current ! 235 ? Minimum SETUP 0 TEMPERATURE Current Current 235 Maximum Av 100 235 Minimum Minimum 0 0 Maximum SPEED PRESSURE TAKT 1(T/Min) TAKT 2(T/Min) 125 HUM. (G/KG) 125 HUM. (%RH) 10.0 PRE 1(Bar) 55.4 PRE 2(Bar) PRODUKTION ÜBERWACHEN PRE 3(Bar) 0.00 PRE 4(Bar) ANLAGE SÄUBERN 1.00 26 42.40 DONE 50 FEHLER BEHEBEN 100 MISC PRESSURE 1 Total HILFE 5.000 60% 2 Maximum 100 AUS PIECES -0,01 Schwenkarm reagiert nicht mehr DETAILS 2 Behälter muss geleert werden DETAILS 2.500 7.500 Client 160.24 Revolution number 60.724 Client Current 235 Minimum 0 0 Maximum Maximum 100 100 Current 1.850 0 Current PRESSURE 2 Speed setting: WERKZEUG WECHSELN 235 Minimum Power setting: 1 10.000 Client Current 235 235 Minimum Minimum 0 0 Maximum Maximum 100 100 PRODUKTION ÜBERWACHEN ANLAGE SÄUBERN Client http(s) PLC M1 webMI pro Bei Web-Visualisierungen ermöglicht die Client/Server-Architektur den parallelen Zugriff unterschiedlicher Clients über das standardisierte Protokoll HTTP. Im Falle von M1 webMI pro ist der Server direkt in die Steuerung integriert, macht dadurch zusätzliche Visualisierungshardware obsolet und schafft größtmögliche Unabhängigkeit. tatsächlich genutzt. In Hinblick auf die kommende Generation an Maschinenbedienern ist zu erwarten, dass selbst einfache Gesten wie Pinch-to-Zoom in Zukunft vorausgesetzt werden und deren Fehlen auf Unverständnis stoßen würde. Multi-Touch-Technik eröffnet jedenfalls viele neue Möglichkeiten für innovative Bedienelemente, um sich durch die User Experience von Mitbewerbern abzuheben. Auch hier gilt es früh zu prüfen, ob und wie gut eine Visualisierungslösung und ihre Entwicklungswerkzeuge Unterstützung bieten. Auch sollte sichergestellt werden, dass Multi-Touch-Eingaben tatsächlich durchgängig von der Visualisierungshardware über dessen Betriebssystem bis hin zur Visualisierungsapplikation unterstützt werden. Umfassende Plattform zur Visualisierung Bachmann bietet neben einer eigenen Steuerungsplattform mit der Web-Visualisierung M1 webMI pro und den Web-Terminals der OT1200-Produktfamilie auch ein aufeinander abgestimmtes Gesamtpaket. Der schlanke und performante Server der Web-Visualisierung wird direkt auf der Steuerung ausgeführt. Durch Webtechnik mit HTML5 realtimes 09 | 2015 und stufenlos skalierbaren SVG-Grafiken können Geräte betriebssystemunabhängig mit einem Web-Browser als User Interface genutzt werden. Zusätzliche Plugins müssen nicht installiert werden. Alarme und Daten-Historisierung werden ebenso bereitgestellt wie Benutzerverwaltung, Zugriffssicherheit und die Möglichkeit einer Sprachumschaltung. Viele vorgefertigte Elemente erleichtern die Projektierung. Bei Bedarf lassen sich mithilfe von JavaScript auch eigene Elemente zum Leben erwecken. Dazu passend und tief integriert bieten die Web-Terminals brillante Displays und durchdachte Funktionalität. Bei der Display-Technik kann den Anforderungen entsprechend zwischen kosteneffizienten analog-resistiven Touchscreens und hochwertigen projektiv-kapazitiven Multi-Touchscreens gewählt werden. Beide Produktvarianten besitzen ansonsten die gleichen Eigenschaften bis hin zum Design. Die von der Steuerungswelt des Anbieters abgeleiteten Ansprüche an Qualität und Robustheit werden über 100 Prozent-Serientests im Klimaschrank sichergestellt. Zudem stellt der Hersteller eine lange Verfügbarkeit der Erzeugnisse in Aussicht, auch in Form von kompatiblen Nachfolgeprodukten. » Ansprechende Visualisierungslösungen repräsentieren das Gesamtprodukt und stellen ein wichtiges Verkaufsargument dar. « Dipl.-Ing. Mag. Heinz Roth, Product Line Management bei Bachmann electronic 23 Produkt & Technologie ROBUSTE FEHLERDIAGNOSE Mehr Zuverlässigkeit und Sicherheit bei Windenergieanlagen Das Fachgebiet Regelungstechnik der Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) in Berlin (D) forscht an innovativen Methoden, um die Zuverlässigkeit und Sicherheit von Windenergieanlagen (WEA) zu steigern. Diese werden in Modellumgebungen simuliert und mit M-Target for Simulink® in eine reale M1-Steuerungsumgebung von Bachmann übersetzt. M it rund 13.000 Studierenden und 70 Studienangeboten ist die HTW die größte Berliner Hochschule für Angewandte Wissenschaften. Zentrale Forschungsthemen am Fachgebiet Regelungstechnik sind die Entwicklung modellbasierter Verfahren zur Regelung nichtlinearer Prozesse sowie die modellbasierte Fehlerdiagnose und fehlertolerante Regelung dynamischer Systeme. Prof. Dr.-Ing. Horst Schulte, Laborleiter Regelungstechnik an der HTW Berlin, konzentriert sich in seiner Arbeit dabei auf Themen rund um die Windenergie. Forschung zur fehlertoleranten Regelung Ein Schwerpunkt der Arbeiten der jüngeren Vergangenheit war die fehlertolerante Regelung von Windenergieanlagen. »Bedingt durch die zunehmende Leistungssteigerung und Komplexität von Windkraftanlagen steigen realtimes 09 | 2015 auch die Anforderungen an ihre Sicherheit und Verfügbarkeit«, berichtet Horst Schulte. Dem versuchen Zulieferer und Anlagenbauer einerseits durch die konstruktive Verbesserung der Komponenten gerecht zu werden. Andererseits werden mehr und mehr Anlagen mit Condition Monitoring Systemen und damit verbunden einer Vielzahl von Sensoren ausgestattet. »Wichtig ist dabei, genügend Augenmerk auf die Plausibilisierung der Einzelergebnisse im Systemverbund zu richten. Wird dies übersehen, erreicht man zwar eine gesteigerte Funktionssicherheit auf der Komponentenebene, schafft sich aber an anderer Stelle neue Fehlerquellen«, erklärt Prof. Schulte. Hier will der Fachgebiet Regelungstechnik neue Wege beschreiten: Ziel der Forschungsarbeit war es deshalb, Fehler auf der Systemebene zu detektieren, zu isolieren und 25 Team des Fachgebiets Regelungstechnik (Stand 2014) durch die aktive Anpassung der Regelung und Betriebsführung sicher zu beherrschen. »Dazu haben wir versucht, theoretisch abgesicherte und experimentell verifizierte Algorithmen bereitzustellen, welche die Systemzuverlässigkeit von Windenergieanlagen signifikant erhöhen und gleichzeitig deren funktionale Sicherheit steigern«, beschreibt Horst Schulte den Inhalt der Arbeiten in seiner Forschergruppe. Modellbasierte Entwicklung Durch einen Hinweis von Fachkollegen der Universität Rostock wurde die HTW auf das Bachmann M1-Automatisierungssystem und dessen vollständige Integration als Zielsystem für MATLAB®/Simulink® aufmerksam. »Mit diesem Programmpaket können unsere Studierenden komplexe Anwendungen zunächst ganz leicht modellieren und simulieren, und anschließend mit M-Target for Simulink® direkt und ohne Programmierkenntnisse den Code für die Steuerung generieren. Das kommt uns sehr entgegen«, bestätigt Dipl. Ing. Eckhard Gauterin, 26 Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fachgebiet Regelungstechnik. Seinen Lehrauftrag versteht das Fachgebiet auch darin, die Studierenden möglichst nahe an die Realität des ardware-in-the-Loop Prüfstand H für elektrische Pitchsysteme im realen Betrieb zu beseitigen. »Um robuste Regelungskonzepte zu entwickeln, müssen Fehler im System präzise erkannt und isoliert werden. Nur so lassen sich diese in Folge gezielt beseitigen«, erklärt der Diplomingenieur. MATLAB®/Simulink® bietet hierfür die genau richtige Umgebung: »Unsere Studierenden können in der vertrauten Programmierumgebung das System in seiner Gesamtheit übersichtlich modellieren«, so Gauterin. Alle Freiheiten für den Entwurf eines Reglers stehen in der Simulationsumgebung offen. Dipl. Ing. Eckhard Gauterin, Mit simulierten Fehlern und expeWissenschaftlicher Mitarbeiter rimentell gewonnenen Fehlerveran der HTW Berlin läufen werden die entwickelten Regler validiert. Darauf aufbauend Betriebs von Windenergieanlagen im werden dann die Konzepte zur fehlerNetzverbund heranzuführen. »Einer toleranten Regelung für verschiedene der Schwerpunkte in unserem ProFehlerfälle überprüft. jekt war es deshalb beispielsweise, Fokussierung die Reaktion des Reglers zu simulieauf das Wesentliche ren, wenn ein Sensor ausfällt und in » Mit nur einem Mausklick wird das Programm automatisch erstellt – das kann niemand so gut wie Bachmann. « Konsequenz die Turbine heruntergefahren werden müsste«, so Eckhard Gauterin. Mit entsprechenden Modellen wird versucht, die Unsicherheiten Sind die ersten Simulationsversuche des Modells erfolgreich, werden die Regler auf dem Automatisierungssystem von Bachmann getestet. »Mit nur einem realtimes 09 | 2015 » Bedingt durch die zunehmende Leistungssteigerung und Komplexität von Windkraftanlagen steigen auch die Anforderungen an ihre Sicherheit und Verfügbarkeit. « Prof. Dr.-Ing. Horst Schulte, Laborleiter Regelungstechnik an der HTW Berlin Mausklick wird das Programm automatisch erstellt und auf die M1-Steuerung geladen – das kann niemand so gut wie Bachmann«, zeigt sich Eckhard Gauterin überzeugt. In Simulink® stehen jedoch weiterhin die tatsächlichen Prozesswerte direkt zur Verfügung. Auch Variablenwerte und interne Parameter lassen sich dort verändern. Die Programmlösung wird so verifiziert und kann weiter optimiert werden. »Natürlich wollen wir unsere Simulationen möglichst an der Realität messen«, beschreibt Horst Schulte ein wichtiges Anliegen. Um dies zu ermöglichen arbeitet der Fachgebiet Regelungstechnik u. a. mit dem NREL-Institut in Colorado (USA) zusammen. »Das Institut betreibt seit 2009 zwei Forschungswindenergieanlagen. Wir nutzen deren Reports sowie die Erkenntnisse der dortigen Forschungseinrichtung und erhalten so detaillierte Daten von Anlagen«, so Schulte. Bachmann-Lösung überzeugt Mit der Zusammenarbeit mit Bachmann ist man am Fachgebiet Regelungs- realtimes 09 | 2015 technik äußerst zufrieden. »Die M1-Automatisierung hat uns vollends überzeugt – sie hat sich als ausfallsicher und qualitativ hochwertig erwiesen«, bestätigt Horst Schulte. »Die vollständige Integration der M1-Steuerung als Zielsystem für MATLAB ®/Simulink® stellt für uns das größte Plus dar«, so Professor Schulte weiter. »Wir können uns ausschließlich auf die Arbeit in der vertrauten, grafischen Simulink®-Umgebung konzentrieren. Hier können wir alle Auswirkungen von Änderungen bereits vor der Übertragung auf das Steuerungssystem simulieren.« Weitere gemeinsame Projekte sind deshalb auch bereits geplant: »Wir arbeiten bevorzugt mit kleineren und mittleren Unternehmen zusammen. Und da wir uns gerne auf Dinge konzentrieren, die funktionieren, bauen wir auch weiterhin auf Bachmann.« Die Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) Berlin ist mit 13.000 Studierenden die größte Berliner Hochschule für Angewandte Wissenschaften. Das Fächerspektrum ist mit rund 70 Studienangeboten in den Bereichen Technik, Informatik, Wirtschaft, Kultur und Gestaltung bemerkenswert breit. www.htw-berlin.de 27 Applikation MEHR TRANSPARENZ AUF EINER PLATTFORM Neue Druckgießmaschinengeneration mit integrierter Safety-Steuerung Die Kaltkammer-Druckgießmaschinen der in Deutschland ansässigen Oskar Frech GmbH + Co. KG umfassen Schließkraftbereiche zwischen 2.750 kN und 52.000 kN. In der neuesten Generation der Maschinen wurde unter anderem die Service- und Diagnosefähigkeit weiter verbessert. Mit der integrierten Safety-Lösung von Bachmann wurde dazu auch die Sicherheitssteuerung auf die gemeinsame Plattform des M1-Automatisierungssystems umgestellt. D ie Oskar Frech GmbH + Co. KG ist einer der weltweit führenden Anbieter von Druckgießtechnologien. Seit mehr als 60 Jahren setzt das im schwäbischen Schorndorf (DE) beheimatete Unternehmen mit seinen Produkten internationale Marktstandards. Es gilt als Technologieführer und zeichnet sich durch höchste Qualität und Perfektion in der Herstellung von Warm- und KaltkammerDruckgießmaschinen sowie Druckgießwerkzeugen aus. Verfügbarkeit erhöhen »Wir sehen uns als Vorreiter für eines der modernsten Programme an Kaltkammer-Druckgießmaschinen weltweit«, so Heinrich Kleuren, Bereichsleiter Konstruktion und Entwicklung bei Frech. »Deshalb arbeiten wir hart daran, den hohen Ansprüchen unserer Kunden an die Technologie und Produktivität im Druckguss vorausschauend gerecht zu werden.« Die wohl wichtigste realtimes 09 | 2015 Produktivitätskennzahl für Gießereien ist die Gesamtanlageneffektivität der Druckgießzelle. Sie berechnet sich im Wesentlichen aus der Verfügbarkeit der Anlage, den Zykluszeiten sowie der erreichten Qualität der Gussteile. Deshalb gilt es zum Beispiel, die Stillstandzeiten der Maschine, sei es für das Umrüsten oder für Wartungen, weitest möglich zu reduzieren: »Eine Erhöhung der Verfügbarkeit der Maschine um wenige Prozent, kann für den Gießer rasch eine signifikante Ertragssteigerung bedeuten«, erklärt Heinrich Kleuren. Auch deshalb stand bei den neuesten Kaltkammer-Druckgießmaschinen von Frech unter anderem die weitere Optimierung der Servicefähigkeit im Vordergrund. »Eines unserer erklärten Ziele dabei war es, die Diagnosefähigkeit zu verbessern und den Remote-Zugriff zu vereinfachen«, zitiert Peter Maurer, Leiter Entwicklung Steuerungs- und Regelungstechnik bei Frech, aus dem Lastenheft. Die Oskar Frech GmbH + Co. KG mit Sitz in Schorndorf (D) gehört zu den führenden Anbietern in der Warm- und Kaltkammerdruckgießtechnologie. Das Unternehmen beschäftigt rund 700 Mitarbeitende und ist mit 17 Tochtergesellschaften weltweit vertreten. www.frech.com 29 Applikation Durchgängige Diagnose ist in das All-In-One Engineering-Tool »Gießereien wollen den First-Level-SupSolutionCenter integriert und ermögport ihrer Maschinen selbst übernehmen, licht so die nahtlose Verknüpfung von das spart vor allem Zeit, aber auch Standard SPS-Aufgaben mit den AnforKosten. Dafür stellen wir ihnen die derungen der funktionalen Sicherheit. entsprechenden Werkzeuge, beispielsweise durch umfangreiche Service- und Integrierte Sicherheitslösung Diagnoseapplikationen als Teil unserer hat viele Vorteile Anlagenvisualisierung oder auch RemoVor allem bei den großen Maschinen te-Service-Lösungen sowie Telefonsetzt Frech auf eine verteilte AutomaSupport zur Verfügung«, sagt Peter tisierung. Anlagenteile lassen sich so Maurer. Ein weiterer wichtiger Schritt war nun auch die Integra» Wir haben mit Bachmann tion der Sicherheitsfunktionen auf eine gemeinsame Plattform mit seit über 15 Jahren einen der Maschinensteuerung: »Wir verlässlichen Partner für haben uns dazu entschlossen, Automatisierungslösungen die bisherige autarke Sicherheitssteuerung, auf die wir datenseitig an unserer Seite. « über die Maschinensteuerung Peter Maurer, keinen Zugriff hatten, abzulösen. Leiter Entwicklung SteuerungsMit der Integration der Bachmann und Regelungstechnik Safety-Lösung besteht dann auch im Servicefall die Möglichkeit, die Maschine mit durchgehenden Werkunabhängig voneinander vormontieren, zeugen zu diagnostizieren«, beschreibt die Verkabelung wird einfacher. Auch Peter Maurer einen wichtigen Vorzug hierbei sieht Heinrich Kleuren mit der dieser Lösung. Die Konfiguration und integrierten Safety-Lösung entscheiProgrammierung der Safety-Funktionen dende Vorteile: »Durch die Möglichkeit Hydraulische Warmkammermaschine 30 der Mischung sicherer und nicht sicherer Kanäle und der Verfügbarkeit aller Ein-/Ausgabekanäle in der Software, vermindert sich der Verdrahtungsaufwand, sodass die Fertigungs- und Produktqualität gesteigert werden kann.« Zeit wird nun auch in der Entwicklung gespart, wie Peter Maurer anmerkt: »Wir kennen die Baugruppen und das Entwicklungswerkzeug bereits bestens, denn die Safety-Module sind vollständig in das M1-System und somit auch in die All-In-One Entwicklungsumgebung SolutionCenter integriert.« Weitere Durchdringung mit Bus-Systemen Für die Zukunft sehen die beiden Spezialisten eine weitere Durchdringung der Maschine mit Feldbussen. Auch das sei, so sind Heinrich Kleuren und Peter Maurer überzeugt, eine logische Konsequenz der Überlegungen im Hinblick auf Industrie 4.0: Die Vernetzung von Maschinen und Anlagenteilen und der damit verbundene Datenaustausch gewinnen zunehmend an Bedeutung. Gewünscht ist eine Transparenz bis auf die letzte Ebene, was voraussetzt, dass innerhalb einer Maschine alle Komponenten bis hin zum kleinsten Ventil digitalisiert sind. »Einen wichtigen Anspruch, den wir deshalb schon heute an das Steuerungssystem stellen, ist, dass es mit verschiedenen Bus-Systemen parallel arbeiten kann. Auch dieses Detail schätzen wir an der von uns verwendeten MC205-CPU von Bachmann, die über zwei Ethernet-Ports verfügt«, ergänzt Heinrich Kleuren. Ein Port wird klassisch mit TCP/IP-Protokoll zur Einbindung der Maschinen in das Netzwerk, für die Visualisierung und den Fernzugriff genutzt. Am zweiten Port werden über Profinet beispielsweise realtimes 09 | 2015 Kaltkammerdruckgießmaschine der neuen K-Reihe I ntuitiv und übersichtlich: Visualisierung der Frech-Druckgießmaschinen. die Frequenzumrichter sowie Sensoren angeschlossen. Zu jedem Schuss die Daten Zunehmend verpflichten Hersteller ihre Zuliefergießereien auch dazu, die vollständige Nachverfolgbarkeit des Gießprozesses bis hin zum einzelnen Bauteil, also für jeden einzelnen Schuss, zu gewährleisten: Zeitstempel, Gießdruck, Werkzeug, Abkühlzeit und vieles mehr gilt es dabei zu erfassen. »Eines ist klar, die Datenmenge, die eine Druckgießmaschine bereit stellen muss, wird wachsen«, resümiert Peter Maurer. Auch wenn der größere Teil der Daten heute von den Kunden noch nicht ausgewertet wird, ist Frech bereit: Mit realtimes 09 | 2015 Robustheit gefordert: Einbau der Bachmann M1-Steuerung inklusive Sicherheitssteuerung im Schaltschrank einer Kaltkammerdruckgießmaschine der neuen K-Reihe. dem Bachmann OPC-Server wird eine PC-kompatible Software-Schnittstelle gemäß OPC-Standard zur Verfügung gestellt. Die Anbindung an Prozessdaten und somit eine zeitnahe Erfassung von Wertänderungen mit exakter Zeitstempelung ist damit gegeben. »Die gewünschten Prozesswerte können so einem externen Client jederzeit offengelegt werden«, bestätigt Peter Maurer. Bereit für die Zukunft Der eigentliche Gießprozess und somit die benötigte Hardware, unterliegt zwar keinen raschen Innovationszyklen, dennoch: »Die Nutzungsdauer unserer Anlagen liegt bei mindestens 15 Jahren, viele Anlagen sind bis zu 30 Jahre in Betrieb«, schildert Heinrich Kleuren das Marktumfeld. Im Betrieb der Anlagen, bei der Bedienung, Visualisierung und Vernetzung der Maschine, sind jedoch permanente Weiterentwicklungen gefordert: »Umso wichtiger ist es deshalb, dass unsere Zulieferer Hardware und Software so weit voneinander abstrahieren, dass man unproblematisch kurze Software-Zyklen realisieren kann«, wie Peter Maurer ergänzt. »Mit dem M1-Automatisierungssystem haben wir dafür eine sehr gute Basis und mit Bachmann seit über 15 Jahren einen verlässlichen Partner an unserer Seite.« 31 Produkt & Technologie PRÄZISION BIS INS DETAIL Beim spezifischen Software-Regler für den schweren Maschinen- und Anlagenbau Um speziell in der Hütten- und Walzwerktechnik sowie der Umform- und Urformtechnik mit dem eigenen Steuerungskonzept noch näher an der realen Anwendung zu sein, hat sich Bachmann mit CosateQ einen absoluten Experten in Sachen Regeltechnik mit ins Boot geholt und dessen speziell für den schweren Maschinen- und Anlagenbau entwickelten Software-Regler vollumfänglich in die Bachmann Steuerungswelt integriert. D ie Kooperation mit dem branchenweit anerkannten Spezialisten für Regeltechnik, insbesondere für Anwendungen im schweren Maschinenbau, bietet Bachmann Kunden einen echten Mehrwert: In die SoftwareModule sind jahrelange Entwicklungserfahrung und jede Menge verfahrenstechnisches Wissen geflossen, das nun in die Bachmann Automatisierungslösungen miteingebunden wird. Mehr Applikationsnähe, weniger Aufwand Die hochentwickelten Software-Module regeln komplexe Steuerungsvorgänge von Maschinen, die ein Maximum an Genauigkeit bei minimalen Zykluszeiten erfordern. Dies gilt insbesondere für Anwendungen im schweren Maschinenbau wie Walzen, Pressen oder Gießen. Als Folge erhöhen sie als integrativer Bestandteil der applikationsnahen Steuerungslösungen von Bachmann den Nutzen für den Endkunden, indem sie diesem ein ausgeklügeltes 32 regeltechnisches Grundgerüst bieten und ihm dadurch eine aufwändige SPS-Programmierung ersparen. Optimale Einbindung in Systemarchitektur Die Software-Module von CosateQ integrieren sich perfekt in die ebenfalls modellbasierte Automatisierungsarchitektur von Bachmann. Um einen reibungslosen Ablauf zu gewährleisten, hat Bachmann auf Basis von MATLAB® und der dazu gehörigen Toolbox Simulink® ein leistungsstarkes Interface geschrieben, das die Software-Module optimal in die M1-Steuerungswelt bzw. das SolutionCenter einbindet. Diese laufen parallel zu anderen Software-Modulen innerhalb der Bachmann-Steuerungsarchitektur und sind vom Kunden frei konfigurierbar. Auf diese Weise können die maschinenspezifischen Eigenschaften (z. B. die vorhandene Hydraulik) sehr einfach in das Modell übernommen werden, sodass ein Maximum an Regelperformance erreicht wird. Präzision bis zum letzten Mikrometer Die CosateQ-Regler dienen der Sollwertberechnung von Steuerungsprozessen in Maschinen. Die Steuerung wiederum übersetzt diese Sollwerte in reale Verfahrbewegungen. Häufig kommen die Regler bei sehr komplexen Regelvorgängen zum Einsatz, was am Beispiel einer Metallpresse, bei der mehrere Achsen auf einer vorgegebenen Sollbahn verlaufen, ganz gut verdeutlicht werden kann. Die Anzahl, Zeiten und Positionen der Sollbahn-Stützpunkte kann der Anwender hierbei frei definieren. Der Pressvorgang setzt sich aus verschiedenen komplexen Bewegungs- und Positionierungsabläufen von Ober-, Unterstempel und Füllschuh zusammen und verlangt allerhöchste Präzision. Die aufzubringende Presskraft beträgt mehrere Tonnen. Gleichzeitig muss in der Pressphase eine Gesamtgenauigkeit von wenigen Mikrometern erreicht werden. realtimes 09 | 2015 Produkt & Technologie Oberstempel Oberstempel innen Mittelstift oben Füllachse 1 Füllschuh Füllachse 2 Matrize Hohe Präzision, große Kräfte und extrem kurze Zyklen – die Herausforderung der Automatisierung einer Metall-Pulver-Presse nehmen wir gerne an. (© Grafik CosateQ) Integrierte Vielfältigkeit Die Software-Module übernehmen bei dem Pressvorgang zahlreiche Funktionen und können vollständig in die Betriebsführung integriert werden. Darüber hinaus regeln sie Präzisionsund Hochpräzisionsachsen und übernehmen die Sollbahngenerierung. Außerdem unterstützen sie verschiedenste Betriebsarten wie System-Identifikation, Handbetrieb, Zyklus fahren/ steppen, Flächenumschaltung, Kraftfahren, Achse rütteln oder Sollbahnmittelstift. Nicht zuletzt liefern die Regler Daten zu Kraft, Kollision, Fahrbereich und Prozessdaten an die Betriebsführung zurück. Durch die einheitliche Nutzung des Bachmann-Variableninterfaces lassen sich diese Werte einfach aufzeichnen (Scope) oder visualisieren (M1 webMI pro). Steuerungslösung mit Mehrwert Die Software-Regler von CosateQ tragen dazu bei, dass Anwender in der Hütten- und Walzwerktechnik sowie realtimes 09 | 2015 Unterstempel Unterstempel innen Mittelstift unten Umform- und Urformtechnik hohe Stückzahlen bei bester Qualität produzieren können. Die zur Verfügung gestellten Mess- und Prozessdaten erleichtern zudem die Überwachung und Wartung der eingesetzten Maschinen. Die gesteigerte Prozessstabilität sorgt darüber hinaus für ein robustes Maschinenverhalten. Durch die Integration der CosateQ-Module in die Automatisierungsarchitektur von Bachmann steht Maschinenbauern und Anwendern in der Schwerindustrie nun eine Komplettlösung auf Basis der M1-Plattform zur Verfügung, mit deren Hilfe sie komplexe Regelvorgänge einfach und höchst präzise steuern können. Sowohl für den Maschinenbauer als auch für dessen Kunden bedeutet diese applikationsnahe Lösung aus einer Hand einen bedeutenden Mehrwert: Der OEM kann sich ohne große Zusatzkosten einen technologischen Vorteil erarbeiten und gegenüber dem globalen Wettbewerb differenzieren. 33 Applikation EFFIZIENT, RESSOURCENSCHONEND UND SICHER Regelung und Überwachung von Blockheizkraftwerken der Bayern BHKW GmbH Der schonende Umgang mit wertvollen Rohstoffen und die hohe Entlastung der Umwelt durch reduzierten Schadstoffausstoß sind zentrale Argumente für den Einsatz von Blockheizkraftwerken (BHKW). Die Bayern BHKW GmbH aus Dorfen (Deutschland) stellt kompakte Blockheizkraftwerk-Module her und verfügt über umfangreiches Wissen auf diesem Gebiet. Zur Steuerung und Überwachung ihrer Anlagen setzt das Unternehmen auf das M1-Automatisierungssystem von Bachmann electronic. B ereits seit 50 Jahren gehören die Stromerzeugung, Kraft-Wärme-Kopplung und Blockheizkraftwerke zu den Tätigkeitsfeldern der Bayern BHKW. Ihre modernen Anlagen sind für den Einsatz mit konventionellen Energieträgern wie Erdgas ebenso geeignet wie für die Anwendung mit Biogas. Bestechend ist der Wirkungsgrad von Blockheizkraftwerken: »Der wirtschaftliche Vorteil wird durch den hohen Gesamtwirkungsgrad von bis zu 90 Prozent erreicht«, so Michael Niedermeier, Geschäftsführer der Bayern BHKW GmbH. »Strom- und Heizkosten werden durch den Einsatz von Blockheizkraftwerken deutlich reduziert, Strom wird ins öffentliche Netz eingespeist und vergütet oder realtimes 09 | 2015 im Betrieb selbst verbraucht und genutzt.« Insbesondere im Vergleich mit der konventionellen Energieerzeugung können Blockheizkraftwerke überzeugen. »Die Kohlendioxid-Emissionen sind um bis zu 60 % und der Stickoxid-Ausstoß um bis zu 25 % reduziert. Zusätzlich werden durch den Einsatz von modernen Mager-Motoren und Katalysatoren alle gesetzlichen Emissionsgrenzwerte unterschritten«, erläutert Michael Niedermeier die Vorteile der Blockheizkraftwerke. Effizientes Engineering Mit dem M1-Automatisierungssystem von Bachmann hat das Unternehmen neue Wege beschritten. Dabei kam ihm die 35 Applikation Die Anfänge der Bayern BHKW gehen bis ins Jahr 1921 zurück, als Sebastian Niedermeier mithilfe einer Wasserturbine Strom für ein eigenes Versorgungsnetz produzierte. In den 60er Jahren produzierte das Unternehmen die ersten Stromerzeugungsanlagen mit Diesel- und Gasaggregaten. 1984 folgte die erste Deponiegas-Verstromungsanlage und Anfang der 90er Jahre baute Bayern BHKW hochwertige Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen. Das Familienunternehmen mit Sitz in Dorfen (Deutschland) ist heute Spezialist für die Herstellung von BHKW und bietet Service, Instandhaltung und Wartung für BHKW als Dienstleistungen an. www.bayernbhkw.de 36 ausgeklügelte Engineering-Software zugute. »Mit dem BHKW-Template im Bachmann Solution Center standen uns alle notwendigen Funktionen direkt vorprogrammiert zur Verfügung«, unterstreicht der Geschäftsführer einen Vorteil dieser Lösung. »Wir mussten nur noch die entsprechende Konfiguration und Parametrierung vornehmen und konnten so den Engineeringaufwand deutlich reduzieren.« In der Funktionsbibliothek finden sich alle Aufgaben rund um den Netzanschluss ebenso gelöst wie typische regelungstechnische Themen. Bei Bedarf können alle Funktionen vom Programmierer auch abgeändert und ergänzt werden. Diese Flexibilität und die Offenheit des Systems werden von Bayern BHKW geschätzt. »Wir können unseren Kunden ein Produkt anbieten, das wartungsfreundlich und zuverlässig ist«, unterstreicht Michael Niedermeier. »Anforderungen der Stromvermarktung, können automatisch und ohne großen Aufwand für den Kunden realisiert werden.« Netzsynchronität sichergestellt Neben den Regelungsaufgaben wurde auch die Überwachung aller Betriebsparameter mit Technologie von Bachmann umgesetzt. Mit dem Netzsynchronisierungs- und Überwachungsmodul GSP274 wird sichergestellt, dass die Einspeisung ins Stromversorgungsnetz problemlos gelingt und alle Kriterien der Mittelspannungsrichtlinie erfüllt werden. »Alle Stromerzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz müssen zur Sicherstellung der Versorgungsqualität zertifiziert sein«, erklärt Michael Niedermeier. »Sie müssen sich während der Netzeinspeisung an der Spannungshaltung regulierend und stabilisierend beteiligen.« Das GSP274 vereint die Messdatenerfassung, den fehlersicheren Netz- und Anlagenschutz sowie das Monitoring realtimes 09 | 2015 Applikation » Wir sind uns sicher, dass wir uns mit Bachmann für den richtigen Partner entschieden haben. « der Netzsynchronität in einem Gerät. Dank der vollständigen Integration in das Automatisierungssystem stehen hochgenaue Messdaten zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung: Abweichungen von Phasenlage und Frequenz, Spannungsdifferenz und andere Parameter werden in Echtzeit erfasst. Die Schutzfunktionen des Moduls wurden von externen Zertifizierungsinstitutionen geprüft und das GSP274 entsprechend zertifiziert. »Das Gesamtpaket aus M1-Automatisierung und dem GSP274 machte es uns möglich, dass wir die Mittelspannungsrichtlinie ohne größere Eingriffe und Änderungen der Hardware umsetzen konnten«, macht Michael Niedermeier deutlich. Michael Niedermeier, Geschäftsführer Bayern BHKW GmbH ergänzt: »Aus unserer Sicht hat Bachmann das beste Produkt, zudem passt der Service. Wir sind uns sicher, dass wir uns für den richtigen Partner entschieden haben.« Visualisierung mit Web-Technologie Abgerundet wurde die Umsetzung der Automatisierung durch eine Visualisierung mit webMI pro. Sie macht es möglich, dass vorgegebene Funktionsbausteine ganz einfach zu einer ansprechenden Benutzeroberfläche zusammengesetzt werden können. Die M1Automatisierung dient als Webserver und die Visualisierung kann auf jedem beliebigen Endgerät angezeigt werden. »Moderne Usability-Konzepte ermöglichen damit die einfachste Bedienung für breite Anwendergruppen«, erklärt Michael Niedermeier. »Gerade bei kleineren Anlagen erreichen wir durch webMI pro einen Kostenvorteil, da fest installierte Bedienterminals entfallen. Durch den mobilen Zugriff wird zudem mehr Komfort für den Bediener erreicht.« Überzeugende Lösung Bei Bayern BHKW ist man von den Lösungen von Bachmann überzeugt. »Wir haben eine höhere Flexibilität bei der Programmierung erreicht, das Leistungsangebot der Steuerung verbessert und können eine hohe Zuverlässigkeit garantieren«, freut sich Michael Niedermeier. »Die kleine Bauweise ist ein weiterer Pluspunkt.« Und der Geschäftsführer realtimes 09 | 2015 37 Produkt & Technologie NEUE FEATURES FÜR NEUE ANFORDERUNGEN Netzmessung und -überwachung auf höchstem Niveau Die Anforderungen an den Netzanschluss dezentraler Stromerzeuger sind nicht zuletzt auf Grund veränderter Netzanschlußbedingungen (grid codes) im Wandel. Mit den erweiterten Funktionalitäten des GMP232, dem Modul für die steuerungsintegrierte Netzmessung und -überwachung, werden Hersteller und Betreiber solcher Anlagen auch für zukünftige Anforderungen optimal unterstützt. D as GMP232 wird in Zukunft in vier verschiedenen Typen, angepasst an den jeweiligen Netzanschlusspunkt, mit 690 V oder 120 V Nennspannung sowie einem maximalem Stromwandler-Nennstrom von 1 A oder 5 A erhältlich sein. Damit lassen sich Messgenauigkeiten realisieren, die für diese Geräteklasse einzigartig sind. Effektivwertberechnung ausgebaut Zur Analyse der erfassten Messgrößen wird eine größere Auswahl Berechnungsarten zur Verfügung stehen. Zum einen werden aus den erfassten Spannungs- und Stromwerten die wirklichen Effektivwerte (true RMS) nach DIN 40110, sowie die Grundschwingungseffektivwerte ermittelt. Beide Größen können sowohl synchron zu Ereignissen (Spannungsnulldurchgang), wie auch kontinuierlich in Form eines ›moving window‹ berechnet werden. Damit sind minimale Verzugszeiten zwischen der Änderung der Netzgrößen 38 und dem zugehörigen Regeleingriff garantiert, was eine höhere Dynamik der Regelung ermöglicht. Neben den Effektivwerten werden auch die symmetrischen Komponenten gemäß IEC61400-21 bestimmt. Somit können die neuesten Regelungsverfahren für Erzeugungsanlagen angewendet werden. Umfangreiche Leistungsberechnung Neben den unterschiedlichen Effektivwerten für Strom und Spannung stehen auch die daraus abgeleiteten Leistungen sowohl synchron, als auch kontinuierlich zur Verfügung. Im Detail sind das die Wirkleistung, Blindleistung und Scheinleistung für jede Phase einzeln und als Summenleistung, sowie die daraus abgeleiteten Leistungs- bzw. Wirkfaktoren, für die verschiedenen Berechnungsarten. Bei True RMS-Leistungsberechnungen nach DIN 40110-2 werden die enthaltenen Grund- und Oberschwingungsanteile dargestellt und die Verluste in den Aggregaten und auf Leitungen korrekt berechnet. Als Basis zur Bestimmung der Grundschwingungsleistung dienen die Effektivwerte der Grundschwingungen von Spannung und Strom und enthalten keine Oberschwingungsanteile. Drehmomentbildende Anteile in elektrischen Maschinen werden beim Grundschwingungs-Mitsystem nach IEC61400-21 exakt abgebildet. Der Gegen- und Nullsystemanteil stellt hierbei die Asymmetrie von Netzfehlern genau dar. Neuer Energiezähler und Bewertung der Power Quality Neu wurden in das GMP232 auch ein zweiter Vier-Quadranten-Energiezähler integriert. Ein Zähler erfasst die Daten auf Basis des realen Effektivwertes und der andere auf Basis der Grundschwingung. So können die Energien sowohl mit als auch ohne Oberschwingungsanteile getrennt betrachtet werden. Das GMP232 ermittelt zudem die Werte bis zur 50. Harmonischen als Einzelharmonische für jede Phase, sowohl für Strom realtimes 09 | 2015 News GERÜSTET FÜR ALLE FÄLLE GSP274 vielfach zertifiziert Das Netzsynchronisierungs- und Überwachungsmodul vereint mehrere Aufgaben des Energienetzmanagements in einem Gerät: Messdatenerfassung, einfehlersicherer Netz- und Anlagenschutz sowie das Monitoring der Netzsynchronität. Um dessen Einsatz für komplexe Aufgaben oder in speziellen Anwendungsfällen zu vereinfachen, wurde es mehrfach zertifiziert. als auch für Spannung. Darüber hinaus werden Verzerrungskenngrößen wie TDD (Total Demand Distortion) und THD (Total Harmonic Distortion) für Spannung und Strom berechnet und können wahlweise auf den Nennwert oder die Grundschwingung bezogen werden. Neuartige Frequenzfunktionen Eine weitere herausragende Funktion ist die hochgenaue Frequenzmessung, die im Bereich der steuerungsintegrierten Netzmessung konkurrenzlos ist. Die Frequenz wird aus den Nulldurchgängen der Spannung ermittelt, was bei Verwendung von verketteten Spannungen und Strangspannungen zu einer Aktualisierung von 12-mal in jeder Periode führt. Hieraus wird unter anderem die Frequenzänderungsgeschwindigkeit (ROCOF – Rate of change of frequency) berechnet, welche für aktuelle Anschlussregeln eine wichtige Funktion darstellt. Die Erweiterung der integrierten Schutzfunktionen und die neuen Mittelwertbildner, sowie die komfortable Umgebung zum Parametrieren des Moduls und seiner Schutzfunktionen, werden in der nächsten realtimes vorgestellt. realtimes 09 | 2015 Zertifikate für die Verwendung im Bereich Marine ▪ A merican Bureau of Shipping (ABS) ▪ B ureau Veritas (BV) ▪ D et Norske Veritas (DNV) ▪ G ermanischer Lloyd (GL) ▪ L loyds Register (LR) Zertifikate für die Energietechnik ▪ Institute of Electrical and Electronics Engineers IEEE C37.90 ▪ Energy Networks Association Engineering Recommendation ENA G59/3 ▪ B undesverband der Energie- & Wassertechnik BDEW TR3 ▪ B undesverband der Energie- & Wassertechnik BDEW TR8 ▪ Verband der Elektrotechnik Elektronik und Informationstechnik VDE AR-N-4105 Allgemeingültige Zertifikate ▪ C ommunauté Européenne (CE) ▪ U nderwriters Laboratories (UL/cUL) ▪ C hina Compulsory Certificate (CCC) Alle Zertifikate können im Downloadbereich unter www.bachmann.info heruntergeladen werden. 39 News IM FALL DER FÄLLE OPTIMAL GESCHÜTZT Mit »ready-to-use« Security für Industrie 4.0 Moderne Geschäftsmodelle für Anlagen- und Maschinenhersteller erfordern den Zugriff auf Steuerungsnetzwerke und Bedienkonsolen via Intranet und via Internet. Diese fortschreitende Vernetzung erleichtert den unerlaubten Zugriff auf ungeschützte Anlagen. Ein Problem, das Bachmann schon lange erkannt und seine Produkte entsprechend gesichert hat. E ntwickler von Maschinen und Anlagen sind in einem härter werdenden Wettbewerb aufgefordert, Kosten zu senken. Im Fokus liegen dabei die Minimierung von Vor-Ort Servicestunden und der Ausbau dynamischer Instandhaltungsmaßnahmen. Not wendige Voraussetzung sind die Erfassung von Maschinendaten und deren Übertragung in die Service-Zentrale. Dort werden sämtliche Anlagen kontinuierlich überwacht und ein Experte bestimmt anhand festgelegter Kriterien und aus seiner Erfahrung den richtigen Zeitpunkt für die nächste Wartung. Via Cloud-Services wird sichergestellt, dass der Terminkalender des Monteurs wöchentlich den Wartungsprioritäten entsprechend aktualisiert wird und in seinem Lager die notwendigen Teile bereit liegen. Es ist offensichtlich, dass die Übertragung und Speicherung der Daten sicher erfolgen muss. Aus Sicht des Maschinenbetreibers ist es noch wichtiger, die Kontrolle über die Daten und den Zugriff auf die einzelne Maschine zu behalten. Verschlüsselte 40 Speicherbereiche und Dateien schützen kritische Daten wie beispielsweise Log-Files oder Rezepte. Feingranulare Zugriffskontrolle ermöglicht die Freigabe oder das Verbot zum Zugriff auf einzelne Dateien und sogar Variablen, für jeden Benutzer. Überwacht wird dies durch ein zentrales Security-Protokoll, welches jeden An- und Abmeldevorgang, sowie sämtliche verändernden Zugriffe aufzeichnet und somit auch im Garantiefall als hilfreiches Instrument dient. Gefahr durch Defekte und Fehlbedienung Gezieltes Sicherheitsmanagement hilft nicht nur bei unerwünschten und potenziell zerstörerischen »Hacker«-Zugriffen. Gerade im geschützten Umfeld von Produktionsanlagen sind versehentliches Verändern von Maschinenparametern, Ausfälle von Netzwerkkomponenten oder Fehlkonfigurationen des Maschinennetzwerks häufiger, aber in den Symptomen und Auswirkungen gleichwertig zu Security-Bedrohungen. Im Gegensatz zu anderen Sicherheitsmaßnahmen kann der Mehrwert zur Aufdeckung von Defekten nur dann erreicht werden, wenn entsprechende Schutzmaßnahmen direkt auf der Steuerung wirken. Zum Beispiel stattet Bachmann seine Steuerungen mit Funktionen zur Bandbreitenbegrenzung des Netzwerks aus, um die Robustheit gegen absichtliche und unabsichtliche Netzwerkstörungen zu erhöhen. Echtzeitprozesse werden durch Überlastung der Netzwerkschnittstelle nicht gestört. Die bereits erwähnten Maßnahmen zur Zugriffskontrolle und -überwachung sind auch hier wirksam. Diese helfen beim Verhindern unautorisierter Funktionsaufrufe und auch im Fall des Falles bei der Eingrenzung potentieller Fehlerquellen. Security für alle – »out-of-the-box« Mit dem Einsatz unserer Sicherheitslösungen verlassen sich unsere Kunden darauf, dass ihre Daten und Ideen bestmöglich geschützt sind. Bachmann ist realtimes 09 | 2015 News sich dieser Verantwortung voll bewusst. Konformität zu aktuellen Vorschriften und Normen wie beispielsweise den BSI-Kompendien für ICS (Industrial Component Systems) oder der ISA99/ IEC62443 sind gegeben und werden laufend von Sicherheitsexperten überwacht und getestet. Die komplette CPU-Produktpalette wird mit sämtlichen Security-Funktionen ausgeliefert. Somit steht jedem Anwender ein optimiertes, »ready-to-use« Sicherheitspaket zur Verfügung und das ganz ohne Zusatzkosten. Bachmann sieht es als Aufgabe, die flächendeckende Anwendung von Security-Funktionen zu fördern, selbst wenn noch keine durchgängigen Sicherheitskonzepte bestehen und die Anwender noch keine Sicherheitsexperten sind. Basierend auf der vieljährigen Erfahrung aus der Ausrüstung kritischer Infrastrukturanlagen bietet Bachmann ein breites und trotzdem einfach zu beherrschendes Gesamtkonzept für Security, bereits heute bereit für den Start in Industrie 4.0. Netzwerkabsicherung ▪ Abhörsichere Datenübertragung durch verschlüsselte Netzwerkverbindungen ▪ Bandbreitenbegrenzung zur Abwehr von Überlastungs-Angriffen und zum Schutz vor Defekten in der Netzwerkperipherie Authentifizierte und abhörsichere Kommunikation ▪ Integrierte Benutzer- und Passwortadministration als Basis für die Zugriffskontrolle ▪ Server- und Client-Authentifizierung zur Absicherung automatisierter Fernwartungszugriffe ▪ Abhörsichere End-to-End Verschlüsselung am letzten Stand der Technik (TLS 1.2) Autorisierung und Access Control ▪ Einschränkung bei System- und Ausführungsrechten für jeden Benutzer ▪ Zugriffsschutz und Sichtbarkeit von Dateien und Prozessvariablen einzeln konfigurierbar Gehärtetes Betriebssystem ▪ Speicherung und Ausführung von zusätzlichen Applikationen kann verboten werden ▪ Speicherschutzmaßnahmen damit Fremdprozesse nicht auf den Speicher der Anwendungsapplikation zugreifen können ▪ Sicherheitsprotokollierung sämtlicher Benutzerzugriffe und Partitionsverschlüsselung Zusätzliche Sicherheit für den Anwender ▪ Offene Schnittstellen zur Anpassung und Erweiterung sämtlicher Zugriffskontrollfunktionen und zur Nutzung kryptografischer Funktionen in Anwendungen ▪ Backup- und Recovery-Mechanismen ▪ Vordefinierte Security-Levels als Vorlagen zur einfachen Konfiguration realtimes 09 | 2015 41 Applikation MEHR ALS EIN FACE-LIFTING Maßgeschneiderte Messwertverarbeitung für den Forschungs-Großmotor FOMO4524 der FH Flensburg Ein Forschungsmotor stellt besondere Anforderungen an die Messwerterfassung und -auswertung. Sowohl der vergleichsweise häufige Bedienerwechsel als auch die – im Vergleich zu Industrie- oder Kraftwerksmotoren – häufigen Modifikationen am Motor und den zugehörigen Systemen machen es erforderlich, dass die Verarbeitung von Messsignalen besonders transparent aufgebaut, gut dokumentiert und leicht anpassbar gestaltet ist. Autoren: C. Brenner, J. Wilhelm, M. Baumann, B. Eng. N. Endruweit, B. Eng. D. Meyer, Prof. Dr.-Ing. Michael Thiemke (FH Flensburg (D), Studiengang Schiffstechnik) E ine Analyse der Messtechnik des mittelschnelllaufenden, 700 kW-Forschungsgroßmotor FOMO4524 der FH Flensburg, offenbarte Schwachstellen, die sich im Laufe der Jahre eingeschlichen hatten. Neben Hardwaredefekten gab es sowohl in der speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) als auch in der Auswertesoftware nicht mehr nachvollziehbare Einstellungen und Ergebnisse. Eine Reparatur erschien ähnlich aufwändig wie ein vollständiger Neuaufbau. Daher wurde beschlossen – mit geringem Mehraufwand zur Reparatur – eine komplett neue Messwertverarbeitung für die langsamen Fehlern. Für die Verbesserung der zukünftigen Arbeit am Prüfstand waren zahlreiche Faktoren zu berücksichtigen: Die Bedien- und Modifizierbarkeit durch Studierende und Mitarbeiter mit Motorenkenntnissen aber ohne SPS-Erfahrungen war ebenso zu gewährleisten wie das Anwenden anspruchsvoller mathematischer Aufgaben, wie beispielsweise numerisches Ableiten oder das Filtern von Signalen. Durch die erhöhte Automatisierung der Auswertung sollten Personal- und vor allem Kraftstoffkosten, die bei rund 1000 Euro pro Versuchstag liegen, eingespart werden. Die verwendete Software sollte zudem Signale des Motors und seiner Versorgungssysteme aufzubauen. die transparente Darstellung von Algorithmen, deren aussagekräftige Kommentierung sowie die Dokumentation von Änderungen leicht möglich machen. Zusätzlich sollte sie neben der übersichtlichen Bedienbarkeit und Ergebnisdarstellung über ein einheitliches Anforderungen und Lösungsansatz Die Zielsetzung für den Neuaufbau beschränkte sich nicht auf die Behebung von 42 realtimes 09 | 2015 Applikation Design und eine zeitgemäße Oberflächengestaltung verfügen. Zu guter Letzt müssen Berechnungsparameter und Ergebniswerte einfach zu verwalten und mittels Backup-Funktionen gesichert sein. SPS-Programmierung über MATLAB®/Simulink® Bei der Bewertung der am Markt verfügbaren Produkte spielte neben den Beschaffungskosten für die Fachhochschule vor allem die Einfachheit und Transparenz der SPS-Programmierung und -Pflege eine wesentliche Rolle. Den Zuschlag erhielt Bachmann electronic, da die Programmierung des M1-Automatisierungssystems weitgehend mit Hilfe der an der Hochschule verfügbaren MATLAB®/ Simulink®-Software möglich ist. Studierende erstellten aus verschiedenen Hard- und Softwarekomponenten eine maßgeschneiderte Messwerterfassung, die dem Vergleich mit professionell erstellten Lösungen standhält. Befehle und Formeln wurden in MATLAB®/ Simulink® zu grafischen Blöcken zusammen- Mit mehr als 4000 Studierenden hat sich die Fachhochschule Flensburg (Flensburg University of Applied Sciences) zu einer der erfolgreichsten deutschen Hochschulen für Technik und Wirtschaft entwickelt. Die Fachhochschule Flensburg hat mehrere moderne Alleinstellungsmerkmale in Norddeutschland. Als Beispiele wären zu nennen die Biotechnologie und die Verfahrenstechnik, die Energietechnik, insbesondere die Regenerative Energietechnik sowie die Maritimen Studiengänge, insbesondere die Ausbildung von technischen und nautischen Schiffsoffizieren. www.fh-flensburg.de Externe Betrachter Programmierung FOMO4524 MATLAB®/ Simulink® M-Target Coder Leitwarte vor Ort Anlagen Parameter ErgebnisDaten Messstellen mit Analogsignal, Impullssignal, etc. Scope 3 Rekorder Scope 3 Bachmann M1 Internet Ethernet M1 webMI pro Zusammenwirken von Hard- und Softwarekomponenten der neuen Messwertverarbeitung 44 Ansteuerbare Messstellen (RS232) gefasst und anschließend auf die Steuerungseinheit hochgeladen. Neben Grundfunktionen einer Messwertverarbeitung, wie z. B. der Berechnung eines Wärmestromes aus Temperatur, Massenstrom und spezifischer Wärmekapazität, konnten neuartige Funktionen, wie beispielsweise die Signalfilterung über parametrisierbare Tiefpassfilter oder die automatische Ermittlung des stationären Betriebszustandes durch Zeitableitung von Zustandssignalen, realisiert werden. Bessere Ergebnisqualität Angesichts der schnellen Erlernbarkeit der für diese Art der SPS-Programmierung benötigten Fertigkeiten wurden zahlreiche ergänzende Funktionen definiert, die der Verbesserung der Ergebnisqualität dienen. So können die in der einfacheren Ausführung noch als konstante Parameter verwendeten spezifischen Wärmekapazitäten zukünftig auch mit geringem Aufwand als temperaturabhängige Größen berücksichtigt werden. Dank der grafischen Oberfläche sind auch komplexere Funktionen bereits ohne Kenntnis einer umfangreichen Syntax darstellbar. Maßgeschneiderte grafische Benutzerschnittstellen Die Visualisierung der Messdaten geschieht über die Software ›M1 webMI pro‹, welche direkt auf der SPS installiert ist. Damit kann jedes Gerät mit einem Webbrowser und einer Netz- oder Internetverbindung zur SPS zum HMI (Human-Machine-Interface) werden. Die Software unterstützt eine übersichtliche, auf mehrere Monitore verteilte Darstellung der Betriebsdaten und ermöglicht darüber hinaus via Internetverbindung den gleichzeitigen Blick auf die Messdaten von verschiedenen Standorten aus. Gerade Letzteres ist für den in Flensburg betriebenen FOMO4524 interessant, da das Maritime Zentrum Flensburg mit Kooperationspartnern in Süddeutschland, Österreich und der Schweiz arbeitet. Die Messdatenvisualisierung wird als Scalable realtimes 09 | 2015 Applikation Vector Graphics (SVG) ausgegeben, wodurch verlustfreie Änderungen des Darstellungsmaßstabs möglich sind. Einheitlich und bedarfsgerecht Die Projektierung und Konfiguration der Visualisierung erfolgt im ›atvise® builder‹. Dieser bietet zahlreiche vorgefertigte Anzeigen, die leicht bedarfsgerecht konfiguriert werden können. Ergänzend ließen sich aber auch Anzeigen und Oberflächenanimationen Der übersichtliche Aufbau der Proproblemlos selber erstellen. Die objektgrammstruktur ermöglicht auch größere orientierte Programmstruktur bietet die Anpassungen Möglichkeit der Zusammenfassung durch relativ un» Die Einfachheit gleichartiger Parageübte Benutzer meter in unterschon nach einer und Transparenz im schiedlichen Ankurzen EinarbeiBachmann M1-Autozeigen. Auf diese tungsphase. Somatisierungssystem Weise lassen sich mit wird auch die Änderungen an für 2015 geplante hat uns überzeugt. « einem ReferenzErweiterung des Prof. Dr.-Ing. Michael Thiemke, anzeigegerät auf K r af t stof f sysStudiengang Schiffstechnik, alle verknüpften tems mit einem FH Flensburg Geräte übertrasehr geringen gen. Dies gewährAuf wand hinleistet eine bedarfsgerechte Einheitlichsichtlich der Nachpflege der Messwertkeit des Erscheinungsbildes innerhalb verarbeitung möglich sein. der HMI. Dokumentation von Messwerten Bei der Erstellung der HMI wurden als Sowohl die am Motor gemessenen Rohdaten als auch verschiedene berechnete zeitgemäße Funktionen unter anderem Größen werden mit Hilfe der Software Reiter zur strukturierten Gliederung ›Scope 3.0‹ dokumentiert. Dies beinverschiedener Anzeigebereiche sowie haltet das Speichern der Daten auf der Links als Sprungmarken zum schnellen SPS, sowie das Erstellen von Archiven Wechsel zwischen verschiedenen Anzeiim CSV-Format auf dem PC. In der gen und Balkendiagramme für MittelVisualisierung ist es nun möglich zwiwertabweichungen verwendet. Auch schen Echtzeitdaten und gespeicherten überlagerte Kurvenverläufe, Auto-SkaArchivdaten zu wählen und sich die lierungsfunktionen sowie FarbänderunMesswerte als konfigurierbare Kurgen bei Grenzwertüberschreitungen venverläufe anzeigen zu lassen. Zeitfanden beim Projektteam Anklang und schrittweiten lassen sich in Gruppen führten neben einer optisch ansprevon Messwerten unabhängig von der chenden Gestaltung zu einer erhöhten Visualisierung und der Dokumentation Funktionalität. realtimes 09 | 2015 Visualisierung der Messwerte am Beispiel des Abgassystems einstellen. So werden Ergebnisparameter unterschiedlicher Signale so abgelegt, dass überflüssige Datensammlungen vermieden werden. Die individuelle Einstellbarkeit der Datenspeicherung ermöglicht es, verschiedene Strategien zur Speicherung von Versuchsdaten des stationären und mobilen Betriebs innerhalb einer Aufzeichnung zu verfolgen. Um auch bei der Erstellung von Versuchsprotokollen eine übersichtliche und ansprechende Gestaltung sowie geringen Personalaufwand zu erreichen, wird in den kommenden Monaten im Rahmen eines weiteren studentischen Projektes die am besten geeignete Methode zur Weiterverarbeitung der Archivdaten untersucht werden. Fazit Die mit der Einführung der neuen Hardund Software verbundenen Hoffnungen der Hochschule in Bezug auf einen kostengünstigen Weg zur deutlichen Verbesserung der Messwertverarbeitung wurden absolut erfüllt. Auch das Konzept, die SPS und Visualisierung weitgehend eigenständig durch Studierende der eigenen Hochschule aufbauen zu lassen, hat sich als sehr erfolgreich bestätigt. Die FH Flensburg plant daher, in den kommenden zwei Jahren noch weitere Motorenprüfstände nach demselben Muster zu modernisieren. 45 News LIFE EXPORTPREIS FÜR BACHMANN Anlässlich des Exporttages 2015 haben der österreichische Vizekanzler Reinhold Mitterlehner und der Präsident der österreichischen Wirtschaftskammer WKÖ, Christoph Leitl, Ende Juni im Wiener Museumsquartier die Exportpreise 2015 verliehen. Bachmann gewinnt als Zweitplatzierter die Silber-Auszeichnung in der Kategorie Industrie. Mit dem Exportpreis werden überdurchschnittliches Engagement und Erfolge heimischer Unternehmer auf internationalen Märkten gewürdigt. »Die Preise sind eine Auszeichnung für jene Unternehmen, die durch ihr erfolgreiches Engagement auf internationalen Märkten den wirtschaftlichen Aufschwung unseres Landes garantieren«, so WKÖ-Präsident Leitl in seiner Laudatio. 46 HOCHKARÄTIGE BESETZUNG BEIM IEC MEETING Vom 20. bis 24. April 2015 fanden bei Bachmann electronic drei internationale Windtagungen der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC), dem weltweit anerkannten Gremium für die Normung im Bereich der Elektrotechnik und Elektronik, statt. Mehr als 80 Experten und Entscheider aus dem Bereich Erneuerbare Energien reisten aus der ganzen Welt zur Tagung an. Den Auftakt machte das WE-OMC (Wind Energy-Operational Management Committee). Dieses zielt darauf ab, Anwendungen im Bereich der erneuerbaren Energien durch einheitliche Standards voranzutreiben, damit diese auch in Zukunft verstärkt ausgebaut werden. Es folgte die CAG (Chairman’s Advisory Group), welche grundsätzlich die Strategie im Bereich der Windnormen festlegt. Im abschließenden TC88-Meeting wurden die Fortschritte hinsichtlich neuer Windnormen präsentiert. NEUER STANDORT – BACHMANN MONITORING GMBH IST UMGEZOGEN Seit über 15 Jahren liefert die Bachmann Monitoring GmbH vom Technologiestandort Jena/Rudolstadt Condition Monitoring Systeme für Onshore- und Offshore-Windenergieanlagen. Im April 2015 konnte das Team seine neuen Räumlichkeiten im Industriepark der Fritz-Bolland-Straße in Rudolstadt beziehen: »Darauf haben wir uns lange gefreut«, sagt Geschäftsführer Dr. Steffen Biehl, »denn gerade mit den Möglichkeiten in unserem neuen Trainingszentrum können wir uns nun noch besser auf die Bedürfnisse und Anwendungen unserer Kunden einstellen.« Bachmann Monitoring GmbH Fritz-Bolland-Str. 7 D-07407 Rudolstadt realtimes 09 | 2015 News Impressum Herausgeber Bachmann electronic GmbH Kreuzäckerweg 33, 6800 Feldkirch, Austria www.bachmann.info BESTE TECHNOLOGISCHE INNOVATION Verantwortlich für den Inhalt Frank Spelter (v. i. S. d. P.) Bachmann gewinnt Wind Energy Update (WEU) O&M Excellence Award 2015. Auf dem Wind Energy Operations & Maintenance Summit USA, der vom 14. bis 15. April 2015 in Dallas (Texas) stattfand, setzte Bachmann sich mit seinem Steuerungs-Retrofit als technologische realtimes 09 | 2015 Innovation für Windenergieanlagen gegen vier Konkurrenten durch. Das Retrofit ist eine kostengünstige Lösung, um Windenergieanlagen auf den neuesten Stand der Technik zu bringen und deren Ertrag so zu steigern. Bildnachweis Bachmann electronic, Thinkstock, Frank Helmrich, EnerKíte GmbH, Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin, Oskar Frech GmbH + Co. KG, Cosateq GmbH & Co. KG, Bayern BHKW GmbH, Fachhochschule Flensburg 47 Automatisierungslösungen für die Industrie 4.0 Bachmann electronic bietet weltweit Kunden aus Industrie und Maschinenbau innovative und hochverfügbare Automatisierungslösungen selbst für anspruchvollste Anforderungen und extreme Bedingungen. Wir liefern maßgeschneiderte Lösungen, die spezielle Markt- und Kundenanforderungen erfüllen. Heute und auf lange Sicht. Hütten und Walzwerk Robustheit, Performance, Offenheit Gießen und Urformen Flexibilität, Fortschritt, Zukunftskompatibilität Umformen Modularität, Sicherheit, Unabhängigkeit www.bachmann.info/industrie
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