Konkreter Nutzen ist wichtigstes Kriterium

Martin Wohlgenannt ist freier Fachjournalist in Dornbirn, Österreich

Die Steuerungstechnik und Komponenten der Industrieautomation befinden sich zur Zeit in einem rasanten Entwicklungstempo. Das Vordringen des PC als Industriesteuerung ist noch nicht beendet, da soll – zumindest wenn es nach dem Willen von Microsoft geht – auch der Bereich der kleinen bis mittleren Steuerungstechnik auf Embedded Systemen mit Windows-Technologie ausgerüstet werden. Und die Chancen dafür stehen nicht schlecht: Sowohl Anwender als auch Programmierer profitieren von den Anleihen, die Windows CE 3.0 von den großen Brüdern Windows 98/NT/2000 gemacht hat.

Bei dem verhältnismäßig einfachen Angebot der Software stellt sich der Kunde jedoch immer mehr die Frage nach der Art der automatisierten Anlage, der Sicherheit sowie seiner Investition. So rät Heinz Domeisen: „Sowohl die SPS als auch der IPC mit Prozessperipherie und Embedded-Systeme mit eigenen Prozessoren sind bei der Automatisierung in den hardwaretechnischen Auswahlprozess mit einzubeziehen.“ Der Professor am Institut für Mechatronik und Automatisierungstechnik der Hochschule Rapperswil, Schweiz, favorisiert den IPC. Mit verschiedenen Gehäusesystemen lassen sich diese für alle Anforderungen des jeweiligen Einsatzes ausrüsten. Embedded Systeme im Kompaktgehäuse können in die Anlage oder das Bedienumfeld integriert werden. Sie umfassen heute bis zu acht PC und Laufwerke in einem Chassis und bis zu 20 passive Slots zum Einbau von Karten für Bussysteme oder Compact-PCI. Signalerfassung und Weiterleitung an die Steuerung sind klassische Aufgaben des Kommunikationssystems. Feldbusse müssen zum Schutz von Mensch und Maschine jedoch auch sicherheitsrelevante Informationen über das gleiche Busprotokoll abwickeln.

Embedded Systeme werden viele neue Möglichkeiten eröffnen. Dieser Markt ist etwa 20 Mal größer als der Office-Markt, so Niklaus Vögeli vom Microsoft Systemintegrator Viscom Visual Communications, Berlin. Beim Entscheidungsprozess über das im Einzelfall richtige Betriebssystem sind einige Faktoren genauer zu betrachten. Das Betriebssystem Windows NT 4.0 SPS verfügt über ein vollständiges Win32-API (Application Interface) und ist modular konfigurierbar. Ebenso wie bei Windows CE kann der Programmierer auf bekannte Entwicklungstools zugreifen. Beide Betriebssysteme sind TCP/IP vernetzt und lassen die Einrichtung individueller Bedienoberflächen für Maschinen zu.

Für eine verkettete Fertigung ist auch wichtig, dass Windows NT Embedded aufwärts kompatibel ist. Der Anwender kann so eine große Zahl bestehender Treiber einsetzen. Damit steht ihm ein Baukasten zur Verfügung, der mit geringen Anforderungen an die Hardware die Entwicklung des gewünschten Systems ermöglicht.

Windows CE ist abwärts kompatibel und empfiehlt sich für einfachere Steuerungsanwendungen. Es verfügt über weniger Ressourcen als NT. Das 32-Bit-Betriebssystem unterstützt viele Prozessoren und lässt sich ohne Boot-Vorgang starten. Allerdings handelt es sich nicht um einen billigen Ersatz für Windows NT, denn es verlangt eine regelrechte Systemintegration. Beckhoff Industrie Elektronik GmbH in Verl, als Vorreiter von Steuerungstechnik unter NT/NT Embedded bekannt, nutzt die spezifischen Vorteile dieses Betriebssystems und stellt seine Steuerungssoftware TwinCAT nun auch für Windows CE 3.0 zur Verfügung.

„Aus unserer Sicht stellt die Portierung von Twin-Cat auf Windows CE 3.0 die Fortsetzung des Software-statt-Hardware-Gedankens in die kleine bis mittlere Leistungsklasse von Steuerungen dar“, unterstreicht Produktmanager Andreas Thome den Ansatz. Bislang ist Twin-Cat auf Windows NT/2000 ideal geeignet für PC-gestützte Aufgaben mit hoher Komplexität und großen Datenmengen. Mit der aktuellen Erweiterung auf Windows CE 3.0 rückt die vertikale Automation vom kleinen Frontend bis zur großen NT-Station in greifbare Nähe. Die Sicherheit und Stabilität des CE-Systems ist gewährleistet, da jede Applikation vor äußeren Zugriffen geschützt in separaten Prozessräumen abläuft.

Mit dem Einsatz der Soft-PLC Pro-Tech erreichte die Bühler Uzwil AG erhebliche Einsparungen bei der Hardware und beachtliche Freiräume für unterschiedliche Kundenanforderungen. Beim „Bottle-to-Bottle“-Prozess beispielsweise wurde eine Anlage zum Recycling von PET-Flaschen automatisiert. Basierend auf Windows NT, wurde Simatic Win-AC für den Bereich Steuern und Regeln realisiert. Die Bediensoftware WinCC visualisiert, erfasst Messdaten und aktiviert bei Störungen Alarm.

Bei Batch-Prozessen hat Ciba Spezialitätenchemie bereits zehn Soft-SPS-Systeme im Einsatz. Das Programmieren von verfahrenstechnischen Grundfunktionen mit vorkonfektionierten Bausteinen wie Temperieren oder Dosieren erfolgt unabhängig von der verfahrenstechnischen Ausrüstung, denn es passt die Grundfunktionen an die I/O-Ebene an. Der modulare Aufbau erlaubt das Kopieren einzelner Bausteine auch für andere passende Anwendungen. Ein Vergleich der Leistungsprofile hob für die SPS besonders die hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit, den hohen Freiheitsgrad für individuelle Programme und die Offenheit der Kommunikation für Fremdsysteme heraus. Das PLS (Prozessleitsystem) hingegen zeigt seine Stärken bei der Funktionalität, beim Datenverarbeitungsvolumen und bei den mathematischen Funktionen.

„Trotz fehlender Erfahrung traten beim Ersatz der betagten Steuerung einer Kompostierungsanlage durch eine Soft-SPS keine gravierenden Probleme auf“, versichert Dr. Christoph Widmer, von der Kuhn Champignon AG in Herisau. Es war eine Schienenkrananlage mit 80 m Länge, 12 m Breite und 5 Meter Höhe zu automatisieren. Das aus der Datenerfassung stammende Lab-View von Anbieter National Instruments Germany GmbH, München, ermöglichte, Steuerung, Automatisierung, Fehlerkorrektur, Visualisierung, Datenbankintegration und Statistik mit dem gleichen Werkzeug und der gleichen Hochsprache zu programmieren.

Die Software wurde in vier Bereiche unterteilt, nämlich die grundlegende Bewegungskontrolle der vier Achsen des Krans, die Fehlerkorrektur, die vollständig automatisierten Prozeduren und die Visualisierung, welche über ein schon vorhervorhandenes Bedienterminal abgewickelt wird. Die Anlage, die auf dem Betriebssystem Windows NT basiert, ist seit mehr als einem halben Jahr in Betrieb. Sie läuft – von Handbetriebsphasen während des Tages abgesehen – ohne Anwesenheit des Bedieners im 24-h-Betrieb. Nachts auftretende Fehler wie fehlerhafte Positionierung oder zu schwere Ladung korrigiert die Steuerung selbsttätig.

Technische Datenblätter reichen für die Auswahl der richtigen Steuerung nicht aus, erklärt Amadeo Vergés, Mitarbeiter der Zühlke Engineering AG, Schlieren. Nach seiner Auffassung definiert die Aufgabe das Mittel und nicht umgekehrt. Bei Kostenbetrachtungen ist daher nicht den Katalogpreisen die ausschließliche Aufmerksamkeit zu schenken, sondern es sind die zu erwartenden Gesamtkosten zu ermitteln. Dazu gehören beispielsweise der Integrationsaufwand und die Aufwendungen für die Inbetriebnahme sowie die Fernwartbarkeit, welche oft kostenaufwendige Fehlerbehebungen vor Ort einspart. Nachfolgeprodukte müssen sich auch nach einigen Jahren ohne größeren Aufwand einsetzen lassen. Vergés empfiehlt eine umfassende Konzeptphase, in der bereits möglichst alle Eventualitäten durchdacht werden – von der Entwicklung über die Integration, Montage, Inbetriebnahme bis zur Nachbetreuung.

Die wechselvolle Geschichte von Windows CE ließ bis zum Erscheinen der Version 2.0 Anfang 1998 nicht auf einen Einsatz im industriellen Umfeld schließen: Das Betriebssystem war zunächst nur in Handheld PC im Einsatz und wies in der Version 1.0 zu viele Einschränkungen in Bereichen wie COM und Connectivity (Netzwerk, Modem etc.) auf. Mit der Version 2.0 erfolgte aufgrund verbesserter Eigenschaften wie ActiveX-Unterstützung und Internet eine Neu- orientierung hin zu einer Vielzahl von Marktsegmenten wie Handheld-PC oder Palm-PC, Heimelektronik (Kamera, Videorecorder), Messtechnik, Kommunikationsgeräte (Handy, Router), Medizintechnik, Bürotechnik (Fax, Kopierer), Transport (Autoradio, Navigation) und explizit auch Factory Automation Controls.

Die Version 3.0 mit dem Codenamen Cedar bringt neue Eigenschaften im Bereich des Betriebssystem-Kernels, des Dateisystems sowie verbesserte Entwicklerwerkzeuge. Aber erst die Eigenschaften

– Echtzeitfähigkeit und integrierter Echtzeitkernel,

– Ressourcen-Minimierung,

– Sicherheit und Stabilität,

– Bootverhalten,

– Kommunikationseigenschaften und

– Kosten

sorgten bei Beckhoff für die Eignung als Embedded Betriebssystem im Bereich Industrieautomation.