Objektorientierte Prozessautomation

Martina Walzer

Bei der Lebensmittel- und Getränkeherstellung fallen unzählige Daten an vielen Orten an, die mit Hilfe eines dezentral aufgebauten Automatisierungssystems erfasst, ausgewertet, angezeigt und gespeichert werden können. Die Anforderungen an ein Automatisierungssystem wachsen ständig, die Ursachen dafür sind:

• Die Prozessfunktionen werden immer komplexer und umfangreicher und

• durch Erweiterungen der Anlage kommen neue Aufgabenstellungen hinzu.

Bei der Auswahl eines Automatisierungssys-tems stehen Kriterien wie Flexibilität, einfaches Handling während der Konfigurations- und Änderungsphasen, Anwenderfreundlichkeit sowie Batch- und Rezepturverarbeitung im Vordergrund. Das dezentrale Leitsystem SattLine erfüllt diese Anforderungen durch sein objektorientiertes Konzept, das Erweiterungen und Änderungen auf einfache Art und Weise ermöglicht, sowie durch seine erweiterten Möglichkeiten zur Chargenbearbeitung (Abb.1).

Bei der Erstellung einer Applikation wird der Anwender von einem Versionsmanagement für den Quellcode unterstützt. Es gewährleistet einen reibungslosen Ablauf und trägt auch dem Teamgedanken Rechnung. Bibliotheken wie Foocos sowie spezielle Programme zur CIP-Reinigung machen das Prozess-leitsystem SattLine besonders interessant für die Lebensmittel-industrie (Abb. 2).

In der Lebensmittelindustrie ist eine genaue und schnelle Bearbeitung von Rezepturen von großer Bedeutung. Hierfür steht im SattLine-Prozessleitsystem die Bibliothek SattBatch zur Verfügung. Diese ist konform mit ISA S88.01 und gibt dem Anwender Zugriffsmöglichkeiten auf Chargensteuerungen; hier reicht das Spektrum von einfachen Einzelchargen und -produkten bis hin zu komplexen Mehrzweckanlagen. Die Rezeptphasen und die zugehörigen Operationen sind einfach zu erstellen. Rezepturen werden mit Hilfe eines grafischen Rezeptur-Editors erstellt, wobei eine Revisionskontrolle für die Rezepte integriert ist. Die Online Verfolgung der Rezeptausführung erfolgt mit derselben Darstellung. Dadurch muss sich der Anwender nicht in eine neue Darstellung einarbeiten.

Der objektorientierte Ansatz bei der Programmierung und Grafikdarstellung macht SattLine besonders flexibel und anwenderfreundlich. Objektorientierung heißt, dass einem Objekt alle Daten und Funktionen zugeordnet sind. Sie hat sich bei der Softwareentwicklung in verschiedenen Programmiersprachen wie C++ oder Smalltalk bewährt. Mit SattLine wird genau dieser Ansatz auf die Welt der Prozessautomation übertragen: Ein Objekttyp (Modul), der zum Beispiel eine Pumpe, einen Behälter oder einen Tank abbildet, enthält alle Informationen, einschließlich Grafik und Animation, Bedienerführung, Steuerlogik und Protokoll-funktionen. Die Objekttypen werden in Bibliotheken gespeichert. Diese können dann in der gesamten Anwendung und auch in anderen Projekten verwendet werden. Änderungen eines solchen Objekttyps in der Bibliothek, zum Beispiel bei Modifikationen in der Anwendungssoftware, werden in der ganzen Anlage gleichzeitig „vererbt“. Standard-Bibliotheken enthalten vordefinierte Module mit wiederverwendbaren Funktionen. Grafiken, Programme und Bediener-Interaktionen sind in einem Modul integriert und miteinander verbunden (Abb. 3). Zur Nutzung eines solchen Objekts wählt der Anwender den für die Aufgabe passenden Objekttyp aus der Bibliothek aus; er verbindet dann die entsprechenden Signale mit dem Objekt und schaltet die Betriebsart auf Ablauf um. Ein weitergehender Testaufwand entfällt, da dieses Objekt mit all seinen Funktionen bereits an anderer Stelle der Anwendung bereits getestet wurde. Diese Vorgehensweise eröffnet enorme Vorteile und Einsparpotentiale bei der Erweiterung einer bestehenden Installation, beispielsweise wenn weitere Pumpen eines Pumpentyps in die Anwendung eingebaut werden sollen, für den bereits ein Objekttyp besteht.

Auch das Einfügen neuer Objekte ist einfach. Der Anwender wählt ein bestehendes Objekt aus, das seinen Anforderungen am ehesten entspricht, dupliziert dieses und speichert es unter neuem Namen ab. Danach kann er das neue Objekt an die benötigte Funktion anpassen, die Funktionen in einer Simulationsbetriebsart testen und dann in den Ablauf einfügen.

Die Entwicklungsumgebung für SattLine-Systeme enthält ein Quellcode-Kontrollsystem. Ein System zur Quellcodereservierung und -verteilung fördert und unterstützt den Teamgedanken bei der Entwicklung von solchen Objekttypen. In einem Änderungsprotokoll werden die Modifikationen gespeichert, damit der Anwender die vollständige Kontrolle über Änderungen erhält (Abb. 4). In allen Komponenten des Systems wird eine gemeinsame Sprache verwendet, die an hochentwickelte Prozesssteuerungsaufgaben angepasst ist.

Ein Programm besteht aus einer Folge von hierarchisch angeordneten Objekten (Modulen), wobei ein Modul Instanzen anderer Module enthalten kann. Die Module kommunizieren über Parameter, die mit lokalen Variablen verbunden sind. Die Programmerstellung für das Leitsystem erfolgt zentral. Der Arbeitsplatz für die Programmerstellung kann neben dem Programmierer ebenso vom Bediener, dem Wartungspersonal oder der Geschäftsleitung genutzt werden kann. Alle Beteiligten arbeiten nach den selben Prinzipien.

Dem Bediener eröffnet SattLine verschiedene Möglichkeiten, seine Rolle im Prozessablauf optimal zu gestalten. So kann der Bediener den Anlagenteil, für den er verantwortlich ist, überwachen und erst bei Störungen eingreifen. Er kann aber auch den Prozess aktiv mitverfolgen und Optimierungsmöglichkeiten erkennen und somit zu einer Qualitätsverbesserung beitragen. Ob der Bediener jedoch Zugriff auf die Funktionen eines Objektes hat, wird bei der Anmeldung überprüft.

Die Leitsystem-Software läuft unter Windows NT. Damit liegt einerseits eine für den Bediener vertraute Umgebung vor. Zum anderen lässt sich SattLine leicht in andere Verwaltungs- und Steuersysteme integrieren. Andere Windows-Programme, hier sei beispielhaft Excel genannt, können direkt aus SattLine gestartet werden.

Alarme können sowohl in den Arbeitsstationen als auch in den Steuerungen generiert werden. Die Alarmliste der Arbeitsstationen verfügt über eine große Anzahl von Filtern und Sortiermechanismen, mit deren Hilfe der Bediener die Alarmgruppen gezielt für die Darstellung auswählen und sortieren kann. Es lassen sich mehrere Alarmlisten konfigurieren. Ferner ist es möglich, Alarme in Klassen einzuteilen. Außerdem kann der Bediener jedem Alarm eine Fehlerklasse zuordnen. Alle Alarme und Ereignisse werden über einen gewissen Zeitraum als EventLog auf der Festplatte abgelegt.

Tritt ein Fehler im laufenden Anlagenbetrieb auf, erscheint sofort eine Alarmmeldung. Mit Hilfe der Zoom-Funktion kann der Bediener ein detailliertes Bild von dem betreffenden Bereich oder Objekt aufrufen. Auf dem Bildschirm erscheinen dann alle Einzelheiten, die Einfluss auf die Funktion haben. Das Wartungspersonal erhält alle notwendigen Angaben zur Diagnose und kann umgehend reagieren. SattLine erhöht so die Anlagenverfügbarkeit und Produktivität.

Die Prozessvariablen, Alarme, Bedienereingriffe usw. werden als History Daten gesichert. Die Speicherung der Daten erfolgt als SattLine-Journal oder über ODBC in einer externen Datenbank. Für die Darstellung der Daten gibt es verschiedene Möglichkeiten: Sie kann beispielsweise als History-Diagramm, Chargenbericht oder zeitorientierter Textbericht erfolgen. Des Weiteren kann man auch Chargeninformationen oder Chargenereignisse in Journalen oder externen Datenbanken speichern, so dass eine spätere Verifizierung der Charge möglich ist. Auf diese Weise lassen sich auch Produktionsabläufe nach längeren Zeiträumen nachvollziehen. Außerdem können mit Hilfe der Berichtsbibliothek Berichte mit Grafiken generiert werden.

Halle 9.2, Stand H3-J15; Halle 9.1, Stand C13-E24

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