Drei Ebenen der Systemhierarchie
Steuerungsaufgaben stellen sich in allen technischen Produktionsbereichen der Wirtschaft. Ob in der Nahrungs- und Genussmittelbranche, der Pharmazie, der Logistik oder der Verfahrens- und Fertigungstechnik, überall müssen Antriebe gesteuert, Rückmeldungen verarbeitet, Daten erfasst und weitergereicht werden. Dies erfolgt mithilfe der Speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS). Die SPS ist die untere Ebene in der Systemhierarchie der vertikalen Automation und dennoch hochbedeutend für die gesamte Anlage. Sie ist die Basis aller Steuerungssysteme, welche Sensoren und Motoren steuert, Daten aufnimmt und verarbeitet. Bei überschaubaren Lösungen kann dies autark geschehen. Aus Sicht des Automatisierers interessiert es dabei jedoch nicht, wie die Information aufgenommen wird. Bei komplexen Anlagen gibt es als zweite Ebene die MFR-Schicht (Materialflussrechnerebene oder Middleware). Der Materialfluss der Förderanlage wird komplett vom MFR gesteuert. Seine Funktionalität bestimmt somit die Qualität des gesamten Lagerwirtschaftssystems. Darüber befindet sich als dritte Ebene die Lagerverwaltungsrechner-Ebene für die Lager-, Fabrikations- und Auftragssteuerung. Selbst riesige Datenmengen werden im LVR übersichtlich aufbereitet und sind jederzeit abrufbar. Aufträge werden automatisch weitergeleitet, Lieferscheine selbsttätig gedruckt. Übergeordnete Systeme erstellen die Rechnungen für die Endkunden. Aus Sicht des Automatisierers fängt die Realisierung eines Automatisierungskonzeptes bei Betrachtung der untersten Hierarchieebene an.

Logistiksoftware - Stichwort Anlagenbau

Einige Lieferanten von Lagerverwaltungssystemen bieten die Funktionalität des Materialflussrechners gleich mit als Bestandteil ihres LVR-Systems an. Aber oft bleiben dabei die Wünsche der späteren Anwender auf der Strecke.

In der Planungs- und Angebotsphase von neuen automatischen Lagern mit Fördertechnik wird es in letzter Zeit immer beliebter, dass der Materialflusssteuerung nur ein Schattendasein zugebilligt wird.

Unterstützt wird dieser Trend laut Peter Schaffhausen, Geschäftsführer der UCS Industrieelektronik GmbH, durch den Umstand, dass immer mehr Lieferanten von Lagerverwaltungssoftware diesen Teil der Fördertechniksteuerung gleich mit als Teil ihres LVR-Systems anbieten: „Dieses liest sich natürlich für die Kaufleute des Auftraggebers und teilweise auch für einige Planer gut, da dadurch von etwas geringeren Kosten ausgegangen wird und sich unter Umständen die Anzahl der Gewerke verringert, die mit der späteren Realisierung der fördertechnischen Aufgabe zu tun haben. Die Tatsache, dass dadurch auch die Schnittstelle zwischen LVR und MFR und der damit verbundene Aufwand in der Festlegungsphase entfällt, sollte sich eigentlich erwartungsgemäß auch positiv auf das Gesamtprojekt auswirken,“ so Schaffhausen weiter.

Was sich theoretisch sehr gut liest, ist praktisch aber nicht immer von Vorteil. Dadurch dass der MFR quasi zu einem „Schnipsel“ des LVRs verkommt, wird in dieser Projektphase von keiner Seite der Stellenwert einer vernünftigen, teilweise notwendigerweise sogar individuellen Materialflusssteuerung mit komfortabler Bedienung und integrierter Anlagenvisualisierung erkannt, die eigentlich bei komplexeren fördertechnischen Anlagen eine Selbstverständlichkeit sein sollte. „Oft wird in diesem Fall auch seitens der LVR-Lieferanten versucht, Teile der eigentlich in die Materialflusssteuerung gehörenden Aufgaben direkt in die unterlagerte SPS zu verschieben, um diese nicht individuell im LVR implementieren zu müssen,“ ergänzt Schaffhausen: „Neben den Kosten, die dadurch eingespart werden sollen, haben viele LVR-Lieferanten auch das Problem, dass spezielle anspruchsvolle fördertechnische Steuerungslösungen gar nicht in ihren Standard integriert werden können.“ Der vermeintlich durch den Wegfall des MFRs gewonnene Vorteil eines einfacheren Schnittstellenkonzeptes wird dann durch das damit verbundene Aufblähen der Schnittstelle zwischen LVR und SPS wieder zunichte gemacht mit dem noch schwerwiegenderen Nachteil, dass viele Steuerungsoptimierungen relativ schlecht bzw. oft auch gar nicht von der SPS realisiert werden können. Dieses ist laut Schaffhausen garantiert immer dann der Fall, wenn für die optimale Anlagensteuerung z.B. eine recht große Datenmenge ausgewertet werden muss. Neben dem Aspekt, dass die SPS für diesen Zweck gar nicht ausgelegt bzw. gedacht ist, wird sich auch die dafür entsprechend hohe notwendige Datenmenge, die nun zwischen LVR und SPS ausgetauscht werden muss, nicht positiv auf das Geschwindigkeitsverhalten (Zykluszeit, CP-Belastung) und die Wartungsfreundlichkeit der SPS auswirken.

Das Ende vom Lied sind dadurch Anlagen, die nicht richtig laufen und die allen Beteiligten sehr viel Ärger bereitet haben. „Nach einigen Jahren erfolgt dann, wenn die Auftragslage des Unternehmens es zulässt, der zweite Versuch, bei dem dabei neben einem neuen MFR auf jeden Fall auch die SPS, meistens aber noch die LVR-Ebene mit angefasst werden muss. Es wird jetzt wieder eine neue Gesamtinbetriebnahme notwendig, die, bedingt durch die Tatsache, dass die Anlage zu normalen Arbeitszeiten genutzt wird, z.B. auf die Wochenenden gelegt werden muss. Dieses Verfahren erzeugt neben den dabei jeweils anfallenden notwendigen zusätzlichen Umbauzeiten zwischen dem Neu- und Altsystem auch weiterhin noch durch das dadurch verbleibende sehr kurze unwirtschaftliche Zeitfenster relativ hohe Kosten,“ ist sich Schaffhausen sicher.

Neben der grundsätzlichen Umsetzung von vernünftigen Steuer- und Regelalgorithmen ist ein nicht zu unterschätzender Faktor für die Effizienz beim Betrieb der Gesamtanlage die Mensch- Maschine-Schnittstelle der Anlage. Die Akzeptanz der Mitarbeiter, die später mit der Anlage arbeiten müssen, hängt ganz stark von der Übersichtlichkeit und Nachvollziehbarkeit der Darstellungen, der möglichen manuellen Parametrierungen zur Reaktion auf sich ändernde Umstände und dem notwendigen Handling bei Fehlerkorrekturen ab.

Kombination von Vorteil

Hierbei ist es sehr hilfreich, wenn das MFR-System aus einer Kombination von MFR und der Anlagenvisualisierung besteht bzw. die Visualisierung sogar in den MFR integriert ist, da nur so eine komfortable intuitive Bedienoberfläche erreicht werden kann, bei der alle notwendigen Informationen gemeinsam vorliegen. Bei Palettenanlagen gehört laut Schaffhausen zu einer optimalen Anlagensteuerung, dass die SPS die Paletten nur zwischen zwei Entscheidungsplätzen selbsttätig verfährt. An den Entscheidungsplätzen vergibt der MFR rechtzeitig vorher das neue Ziel, damit der physikalische Transport nicht durch die Antwortzeit des höheren Systems („Gedenksekunde“) zum Stehen kommt.

„Bei datenplatzgeführten Anlagen (z.B. Palettenanlagen) sollten neben der Darstellung aller Datenplätze der Anlage die einzelnen Paletten mit einer eindeutigen kurzen Identfikationsnummer (3- oder 4-stellige Zahl) versehen werden, die auch in der Visualisierung immer mit angezeigt wird. Dadurch lassen sich die Paletten leicht verfolgen und zuordnen. Von Vorteil ist ebenfalls eine Einfärbung der Paletten auf der Visualisierung nach ihrem Ziel bzw. ihrer Herkunft. Dadurch lassen sich die aktuellen Warenströme auf der Anlage leicht mit einem Blick erfassen. Auch sollte ein Mausklick auf die dargestellte Palette alle zugehörigen Daten (Herkunft, Ziel, zugehörige Ware und Auftrag, …) zur Anzeige bringen.“

„Bei hochdynamischen Behälteroder Kartonanlagen ist die sehr schnelle Antwortzeit bzw. Zielvorgabe an die SPS an allen Scanpunkten durch das sortierte Vorhalten aller TE-Ziele im Arbeitsspeicher notwendig; hier darf auf keinen Fall vor einer Zielvergabe zuerst ein Datenbankzugriff erfolgen,“ ergänzt Schaffhausen: „Störungen der Fördertechnik und der Regalbediengeräte sollten neben der farblichen Darstellung auf dem entsprechenden Anlagenbild auch eine Sammelstörungsanzeige, die auf der Oberfläche des Systems immer sichtbar ist und eine entsprechende Meldung im Klartext zur Folge haben.“

Alle Betriebszustände der Förderer (ausgeschaltet, laufend, Laufzeitfehler, Motorschutz, Handbetrieb, Not-Aus) sollten sich durch Farbumschläge der dargestellten Antriebe sofort erfassen lassen.

Informieren Sie sich persönlich!

UCS ist Aussteller der LogiMAT 2011 in Stuttgart.

Vom 8. - 10.Februar informieren Sie die Spezialisten in der Neuen Messe Stuttgart, Halle 5 / Stand 543 gerne persönlich über Neuheiten, Möglichkeiten und evtl. Lösungen.