Empfehlungen Datenerfassung aus SPS

Empfehlungen zur Gestaltung der Schnittstellen von
Produktionsanlagen und Messsystemen mit SPS
für die Prozessdatenerfassung
im Q-DAS Datenformat mit SPCprocessLink.
Durch die Unterschiede in den technischen Eigenschaften der Steuerungen verschiedener
Hersteller und den zur Kommunikation notwendigen Feldbussen und Schnittstellen ist es
nicht möglich eine allgemeingültige Spezifikation zur Datenerfassung zu erstellen. Durch
die Anwendung von OPC Technologien (OLE for Process Control) können jedoch viele
Eigenschaften der Schnittstellen durch die OPC Spezifikationen definiert werden (siehe
auch www.opcfoundation.org).
Die Empfehlungen beziehen sich auf die Gestaltung der Datenbereiche in den
Steuerungen und die Konfiguration der Kommunikation.
1. Datenerfassung für die Qualitätssicherung
Ziel der Datenerfassung ist es, möglichst viele Prozessdaten und Zusatzdaten im Q-DAS
Datenformat (siehe auch www.q-das.de) zu erfassen um einerseits zeitnahe und
fertigungsnahe statistische Auswertungen durchzuführen (z.B. Regelkarte mit procella
monitoring) und andererseits die Qualitätsdaten für ausführliche statistische
Auswertungen mit qs-STAT und für Dokumentationszwecke in einer Datenbank
abzuspeichern.
Die Software SPCprocessLink vom Ingenieurbüro ADAM SOFTWARE in Landshut ist auf
die Datenerfassung im Q-DAS Datenformat spezialisiert und nutzt u.a. die OPC
Technologien zur Kommunikation mit SPSen. Durch die Unterstützung der OPC Data
Access Spezifikation auf Seite des Prozesses und des Q-DAS Datenformats als
Ausgabeformat ist die Einrichtung einer automatischen Datenerfassung ohne
Programmierung möglich. Wenn die zu erfassenden Daten in der Steuerung vorhanden
sind ist die Verknüpfung mit den Ausgabefeldern im Q-DAS Datenformat und die
Einrichtung einer Regelkarte für procella monitoring in SPCprocessLink mit wenigen
Mausklicks erledigt.
2. Auswahl der Prozessdaten und Zusatzdaten
Um möglichst aussagekräftige statistische Auswertungen durchführen zu können sind
nicht nur die Messdaten, sondern auch die zusätzlichen Daten die den Prozess
bestimmen zu erfassen. Zusätzlich zu jedem Messwert (Istwert) eines Merkmals können
Zusatzdaten wie Ereignisse, Chargennummer, Nest, Prüfer, Maschine,
Prozessparameter, Prüfmittel und ein beliebiger Text abgespeichert werden. Weitere
Informationen die das Teil und den Prüfplan definieren können ebenfalls aus der Anlage
erfasst werden, wie z.B. Bezeichnungen und Nummern für Teil, Variante, Hersteller,
Werkstoff, Kunde, Lieferant, Maschine, Abteilung u.s.w., wie auch für Merkmale, Merkmal
Art, Merkmal Klasse, Verteilungsart, Nennmaß, Grenzwerte. Die vollständige Liste der
Datenfelder des Q-DAS Datenformats ist in der aktuellen Spezifikation des Q-DAS
Datenformats enthalten (www.q-das.de).
Copyright © 2002, ADAM SOFTWARE Ingenieurbüro, Landshut, www.adam-software.de
Seite 1/1
3. Anordnung der Daten in der SPS
Zur Optimierung der Datenübertragung zwischen SPS und OPC Server sollten die Daten
möglichst in einem zusammenhängenden Speicherbereich untergebracht werden (z.B. in
einem DB in der Siemens S7 und darin wiederum möglichst hintereinander). Diese
Forderung ist besonders bei geringen Übertragungsraten der Kommunikation (z.B.
9.6kBaud über die PG Schnittstelle an der Siemens S5) und/oder bei sehr vielen
Messwerten zu beachten. Obwohl mit vielen OPC Servern auch Ein- und Ausgänge der
SPS oder deren Peripheriebausteine gelesen werden können, wird empfohlen die
Messwerte im Datenbereich (Speicher) der SPS abzubilden.
4. Datentypen
Die Steuerungen verschiedener Hersteller verwenden unterschiedliche, teilweise
herstellerspezifische Datenformate zur internen Darstellung der Daten im Speicher. Dazu
kommen noch verschiedene Darstellungsformen derselben binären Daten auf den
Bedienerterminals und SPS-Programmiergeräte. Die OPC Spezifikation definiert auf der
PC Seite eindeutige Datentypen die in den Programmiersprachen der Windows
Betriebssysteme üblich sind. Dabei ist zu beachten, dass bei der entsprechenden
Umwandlung vom Datentyp der SPS in den Zieldatentyp im PC, welche von der OPC
Schnittstelle durchgeführt wird, keine falschen Einstellungen vorgenommen werden.
Insbesondere sind exotische herstellerspezifische Datentypen in der SPS, welche von
manchen OPC Servern nicht oder falsch unterstützt werden, zu vermeiden. Zur
automatischen Übernahme der Symbole mit Adress- und Datentypinformationen aus den
SPS Projekten (z.B. aus STEP7) bieten wir Tools an.
5. Skalierung der Messwerte
Falls die Werte in der SPS nicht in der gewünschten Größenordnung vorliegen, kann bei
der Datenerfassung in SPCprocessLink eine Skalierung (lineare Transformation)
vorgenommen werden. Umwandlungen wie z.B. von mm in m oder eines Bereichs von 2 10 mA nach 0 - 100 kN sind einfach möglich.
6. Triggervariable
Das Auslesen der Daten über den OPC Server und die Umwandlung und Speicherung
nach Q-DAS Datenformat wird durch den Wert eines Datenfeldes ("Trigger") in der SPS
ausgelöst. Die Triggervariable signalisiert mit dem Wert "1", dass alle zu einem Datensatz
zusammengehörenden Variablen gültige Werte enthalten. Dazu gehören die Variablen
welche Meßwerte der einzelnen Merkmale enthalten wie auch Variablen mit Zusatzdaten
wie Ereignisse, Chargennummer, usw. Die Zustände "0" und "1" des Triggersignals
müssen lange genug anstehen um von der Schnittstelle übertragen zu werden, je nach
Geschwindigkeit und Auslastung des Feldbusses und des OPC Server PCs.
Als Triggervariable kann auch eine bestehende Variable genutzt werden, wie z.B. eine
Chargennummer, die durch Änderung des Wertes das Ereignis der Gültigkeit der Daten
signalisiert. Auch hier ist es wichtig, daß die Daten nach diesem Ereignis nicht sofort
intern überschrieben werden.
Copyright © 2002, ADAM SOFTWARE Ingenieurbüro, Landshut, www.adam-software.de
Seite 2/2
7. Performance und Optimierungen
Die Software SPCprocessLink ist mit Microsoft Visual C++ programmiert und nutzt das
schnellere Custom Interface (gegenüber dem Automation Interface) der OPC Data Access
Spezifikation. Bei großen Datenmengen und schnellen Messzyklen oder bei langsamen
Feldbussen kann eine Optimierung der Kommunikation notwendig werden. Dabei gibt es
Optimierungsmöglichkeiten auf allen Ebenen der Kommunikation: SPS mit Feldbus und
Treiber, OPC Server und SPCprocessLink als OPC Client. Folgende Empfehlungen
sollten bei der Planung der Datenerfassung beachten werden:
7.1. SPS und Feldbus
Meistens ist der Flaschenhals beim Feldbus: wenn mehrere Steuerungen und/oder
Anwendungen denselben Feldbus nutzen kann es zu Übertragungsverzögerungen
kommen. Dabei wird das Datenaufkommen weniger von der Menge der Nutzdaten,
sondern vielmehr vom Protokoll der Transportschichten verursacht. Deshalb sind
Optimierungen durch ausgewählte Anordnung der Daten im Speicher möglich. So ist die
einmalige Übertragung einer großen Datenmenge schneller als mehrfache Übertragungen
einzelner Werte (s. Punkt 3. Anordnung der Daten in der SPS).
Bei der Auswahl des Feldbusses und der Übertragungsgeschwindigkeit sollte auch die
notwendige Bandbreite für die Datenerfassung berücksichtigt werden. Wenn z.B. bei der
Siemens S7 SPS eine Anbindung über den langsameren MPI Bus
(Programmierschnittstelle) für wenige Prozessvariablen in längeren Zyklen völlig
ausreicht, ist Profibus oder noch besser Fast Ethernet die bessere Wahl für
Datenerfassungsprojekte mit mehreren Anlagen, mit jeweils mehreren Hundert
Prozessvariablen und Messzyklen im Sekundentakt.
Auf jeden Fall sollen die zu lesenden Daten in der SPS deutlich länger gültig bleiben als
ein Übertragungszyklus des Kommunikationskanals. Bei einem Lesezyklus von z.B.
50 ms sollten die Daten in der SPS mindestens einige Hundert ms anliegen, nachdem die
Triggervariable eine Datenübertragung signalisiert.
7.2. OPC Server
Die meisten OPC Server bieten Optimierungseinstellungen an. Die wichtigste Einstellung
ist die Zykluszeit des OPC Servers (in ms). Diese sollte in Einklang mit der Zykluszeit des
darunter liegenden Treibers erfolgen. Weiterhin können die Lese- und Schreiboperationen
durch Zusammenfassen mehrerer Vorgänge beschleunigt werden.
7.3. SPCprocessLink
Zusätzlich kann man auch in SPCprocessLink eine Optimierung erreichen indem man
schnelle (z.B. Trigger) von langsam Prozessvariablen (z.B. Temperaturen) in
unterschiedliche OPC Gruppen trennt und hier nochmals unterschiedliche angemessene
Aktualisierungsraten einstellt.
Weitere Informationen finden Sie auf www.adam-software.de
In Seminaren und praxisorientierten Workshops werden diese Kenntnisse
zielgruppengerecht vermittelt, siehe www.adam-software.de/services/training.htm
Copyright © 2002, ADAM SOFTWARE Ingenieurbüro, Landshut, www.adam-software.de
Seite 3/3