Neuer Steuerungsansatz mit Ethernet in der Praxis

Vier Ingenieure entwickelten 1997 die Vision einer neuen Steuerungswelt. „Über ein Jahr träumte ein Unternehmen von dem Jet-Web-Ansatz“, erinnert sich Jetter-Finanzvorstand Andreas Gatter an die Phase der Denkprozesse und des Ausprobierens. 1999 konnte dann der erste Prototyp von Jet-Web vorgestellt werden. Das Neue dabei ist, dass das Netzwerk zur Steuerung wird und das Ethernet sowohl durchgängiger Feldbus als auch steuerungsinterner Systembus ist. Das hat den Vorteil, dass alle Fertigungsdaten überall in Echtzeit zur Verfügung stehen. Jet-Web nutzt hier alle Vorzüge von Computernetzwerken. Weil der Zugriff auf den Herstellungsprozess von jedem Punkt innerhalb des Systems aus möglich ist, werden schnelle und kostengünstige Installationen, eine hohe Flexibilität und geringe Wartungskosten geboten.

Inzwischen interessieren sich einige namhafte Anlagenbauer für die neue Technologie. Ein Kunde, der seit Jahren auf die Steuerungsprodukte von Jetter vertraut, ist die Stürz Maschinenbau GmbH aus dem rheinischen Neustadt/Wied – einem großen Hersteller von Fensterbaumaschinen. Von der neuen Technologie ist das Unternehmen so begeistert, dass es sich sofort bereit erklärte, eine Pilotanlage für die Fertigung von Kunststoff-Fenstern mit Jet-Web auszurüsten. Der Geschäftsführende Gesellschafter Karl-Heinz Stürz spricht von einer neuen Ära bei den Fertigungsabläufen: „Jetzt kann eine Fertigungslinie, die mit dem innovativen Jet-Web gesteuert wird, aus bis zu fünf Teilanlagen verschiedener Funktionalitäten bestehen, die zu einer integrierten Fertigungsstraße zusammengeführt werden. Und das alles geschieht in Millisekunden.“

Für die Steuerung von Produktionsabläufen wie Bohren, Schweißen, Verputzen, Montieren und Stapeln von Fenstern wird nur ein einziges Programm benötigt. Die Bedienerführung jeder Teilanlage erfolgt über den kompakten Industrie-PC, von jeder Bedieneinheit aus kann die gesamte Anlage überblickt und gewartet werden. Dies führt zu Einsparungen bei Zeit und Kosten.

Solch eine Fertigungslinie besteht aus bis zu sechs Teilanlagen verschiedener Funktionalität:

– In der Stabbearbeitung werden die Profile gesägt, gebohrt, gefräst, armiert, geschraubt und für das Verschweißen vorbereitet.

– Das Schweißen beinhaltet das Zusammenfügen der Profile zu Fensterelementen (Rahmen und Flügel).

– In der Verputzstation werden die Schweißraupen durch CNC gesteuerte Maschinen entfernt.

– In der Beschlagmontage werden an den Fensterelementen vollautomatisch die Beschläge im Durchlaufverfahren montiert.

– In der Handlingstation erfolgt das Abstapeln der fertigen Fenster.

Da ein Fensterhersteller eine Vielzahl unterschiedlicher Profile und Größen zu verarbeiten hat, fallen dort auch große Datenmengen an, die es zu handhaben gilt. Jede Teilanlage benötigt eine Unmenge an Daten für das jeweilige zu fertigende Produkt.

Jedes Produkt hat somit einen komplexen Datensatz, der durch die aktuellen Fertigungsdaten ergänzt wird. Bis zum März 2000 muß der Anlagenteil Single-Line, bestehend aus Schweißen, Verputzen und automatischer Beschlagsmontage auf Basis Jet-Web, fertiggestellt werden. Die weiteren Teilanlagen werden dann schrittweise mit Jet-Web realisiert.

Funktionell gesehen, verfügt die Anlage über 380 digitale Eingänge und 380 digitale Ausgänge sowie15 Servoachsen und zwei Schrittmotorachsen. Jede Teilanlage wird zentral mit dem Industrie-PC bedient.

Zum Einsatz kommen die Systeme Touch-Viadukt und der Kompakt-IPC Jet-View 600. Von jeder dieser Bedieneinheiten aus kann die gesamte Anlage gesteuert werden. Die Visualisierungs- und Datenbankfunktionen müssen ein einziges Mal für die gesamte Anlage erstellt werden, selbst wenn diese dann im Vollausbau aus sechs Teilanlagen bestehen wird. Jedes Gerät hat standardmäßig Zugriff auf alle Daten der gesamten Anlage, ohne dass nur eine Zeile Code geschrieben werden muss. Sobald in den Masken die Funktionen und Parameter definiert sind, können diese auf den Industrie-PC installiert werden. Im Einsatz der Anlage kann somit auf einfache Weise ein weiterer Überwachungs-PC im Meisterbüro in die Anlage integriert werden. Die Visualisierung als solche ist HTML-basierend, so dass ein Standard-Browser als Runtime-Tool eingesetzt wird, Internet-Zugriff somit inklusive.

Die Fertigungsdaten werden in der Datenbank gehalten, der Zugriff durch die Netzknoten erfolgt in Echtzeit über das deterministische Ethernet. Dieses Konzept unterscheidet sich von der bisherigen Vorgehensweise darin, dass bei bisherigen Steuerungskonzepten die Daten in der Anlage, also in den einzelnen Steuerungen, gehalten wurden. Durch das mittels Switch-Technologie echtzeitfähige Netz können die Daten physikalisch dort gehalten werden, wo sie eigentlich hingehören, nämlich in der Datenbank eines PC. wm

Ein Switch ist eine intelligente Verteilstation. Er teilt ein Netzwerk in Netzsegmente (Teilnetze) zum Zweck der Lasttrennung. Das heißt, dass die Daten eines Netzsegments nicht in andere Segmente gelangen und somit nicht das Gesamtnetz belasten. Über sogenannte Ports sind einzelne Netzsegmente physikalisch an ein Switch angeschaltet. Bei der Übertragung werden alle Daten nur an die Ports weitergeleitet, an denen die jeweilige Zieladresse angebunden ist. Der Switch schaltet also einen separaten kollisionsfreien Kanal mit der vollen Ethernet-Bandbreite zwischen dem Empfangs- und dem Ausgangsport. Diese Eigenschaften macht sich Jet-Web zu Nutze. Wird die Switch-Technologie eingesetzt, so sind alle Verbindungen kollisionsfrei.

Bei Jet-Web gibt es nicht mehr die klassische Steuerung. Ethernet ist Systembus und verbindet somit alle Netzteilnehmer miteinander. Eine klassische CPU ist somit überflüssig. Jedes Modul ist ein gleichberechtigter Teilnehmer im Netz, auf dem ein Teil des Anlagenprogramms laufen kann. Teilnehmer sind beispielsweise

– Steuerungsmodule mit Ethernet Verbindung

– Bediengeräte,

– Remote-I/O,

– Achscontroller,

– Industrie-PC oder

– Soft-Steuerungen und

– intelligente Sensorenund Aktoren

Das Gesamtprogramm wird nach dem Kompilieren auf die einzelnen Netzknoten verteilt. Dabei ist es nicht relevant, ob sich die Funktionen auch physikalisch auf dieser Hardware befinden.