Verkade’s procesbesturingsbibliotheek bevat verzoeknummers
gepubliceerd in Voedingsmiddelentechnologie, zomer 2001

Reageren op één van deze artikelen?
stuur een  E-mail, of bezoek eerst de website
van JVE Communicatie

 


 

PLC’s beheren eigen web-site

gepubliceerd in Technisch Info Magazine, zomer 2001

PLC’s met een ingebouwde webserver kunnen hun eigen website beheren, met real-time procesdata. Bovendien kunnen deze PLC’s bij een (dreigende) storing zelfstandig om hulp vragen, door het versturen van een e-mail of SMS-bericht. Het gebruik van web-enabelde PLC’s maakt het mogelijk een waterwinningsproces op afstand te controleren. En bij koekjesproducent Verkade passen de nieuwe PLC’s prima in een automatiseringsproject voor een deegmakerij. Object-oriëntatie en het gebruik van webtechnologie moeten hier het onderhoud van het procesautomatiseringssysteem vergemakkelijken.         

Dr Ir Jaap van Ede

Siemens en Schneider Electric behoorden enkele jaren geleden tot de eerste leveranciers die een PLC met een webserver introduceerden. Zo’n PLC bevat een module met een eigen geheugen voor de opslag van HTML-pagina’s. Die pagina’s, aangevuld met JAVA applets,  vormen tezamen de website. PLC’s bevatten van nature een enorme hoeveelheid real-time informatie over productieprocessen. Als extraatje kunnen bovendien onderhoudshandleidingen en –rapportages op de website van de PLC worden gezet. Al die gegevens komen dan ter beschikking van iedereen binnen een fabriek. De enige voorwaarde is dat hun PC via een industrieel (TCP/IP) ethernetwerk met de betreffende PLC kan communiceren.  Een simpele webbrowser volstaat om de HTML-pagina’s te kunnen inzien.

Ingrijpen in de PLC-besturing blijft natuurlijk voorbehouden aan mensen die over de juiste passwords beschikken. De informatiebehoefte verschilt sowieso van persoon tot persoon. ‘Iemand van de onderhoudsdienst kan op de webpagina’s zien of de betreffende PLC nog goed werkt. Een manager kan via zijn PC een verpakkingslijn “bezoeken” om te kijken wat de dagproductie pindakaaspotten is’, verduidelijkt  Gerard Ruiter van Schneider Electric. ‘Een web-PLC kan ook worden gebruikt als indicator voor preventief onderhoud’, voegt Herm Brunott toe. Hij is productmanager automatisering bij Siemens Nederland. ‘Bij een dreigende storing kan zo’n PLC zelfstandig een e-mail of SMS-bericht aanmaken en versturen naar een technicus’.

Poedersuiker
Bij koekjesfabrikant Verkade in Zaandam is onlangs een web-PLC van Schneider geïnstalleerd. ‘Die PLC bestuurt een suikermolen, waarin suiker wordt vermaald tot poedersuiker en daarna verdeeld over verschillende mengvaten’, vertelt Ben Baars, onderhouds- en projectengineer bij Verkade. Nieuw aan de applicatie is niet de besturing op zich, maar het feit dat de supervisie van de PLC plaatsvindt via het intranet. Met een webbrowser worden de HTML-pagina’s in de PLC bekeken.

Een SCADA-pakket is dus niet nodig. Baars is sowieso niet zo gesteld op dit soort ‘toverdozen’, waarvan de software alleen kan worden onderhouden en geactualiseerd door de leverancier. Baars: ‘In de deegfabriek starten wij binnenkort een nieuw automatiseringsproject, waarbij objectoriëntatie en webtechnologie centraal staat. De bedoeling is dat de gehele procesautomatisering, van PLC-programma’s tot en met de visualisatie, zal worden opgebouwd uit losse functionele objecten. Die communiceren met elkaar via open communicatieprotocollen zoals TCP/IP en OPC. Baars: ‘Een deel van de benodigde objecten moet speciaal voor ons worden ontworpen door systeemintegrator GTI. Daarna hebben we echter het voordeel dat we die objecten onbeperkt kunnen gebruiken, zonder voor iedere toepassing licentiekosten te betalen. Bovendien kunnen we onze applicaties zelf onderhouden’. De toepassing met de web-PLC van Schneider past prima in het nieuwe project. Immers die PLC is hier een object, dat communiceert met de buitenwereld via het open communicatieprotocol TCP/IP.

Waterwinning
Eén van de eerste gebruikers van Schneiders' web-PLC’s was de Franse drinkwaterfabrikant Vivendi in Mery-sur-Oise. ‘Momenteel overweegt een Nederlands waterleidingbedrijf de bouw van een soortgelijke applicatie’, vertelt Gerard Ruiter. ‘Bij waterwinning heb je te maken met pompstations, die zijn verdeeld over een groot gebied. Als het centrale SCADA-systeem uitvalt, kunnen de webpagina’s uit de PLC worden gebruikt als locale human machine interface. Op die manier blijft een pompstation ook tijdens een SCADA-storing bedienbaar. Bovendien gaat de opslag van historische data dan nog door, binnen de PLC’. Technisch is het mogelijk om vanuit huis via een firewall, een internetserver en een router zo’n web-PLC te benaderen via het internet. In de praktijk zal om veiligheidsredenen echter vaker worden gekozen voor een zogenaamde RAS-server. Ook hierbij kan er worden ingebeld vanuit huis, maar wordt er een intranet-achtige verbinding opgebouwd. Die is moeilijker toegankelijk voor derden. Op de web-site van een PLC bij een pompstation kan een operator bijvoorbeeld zien hoeveel draaiuren een pomp reeds gemaakt heeft. Valt zo’n pomp uit, dan is het theoretisch zelfs mogelijk om een andere pomp in te schakelen.

Siemens levert onder de naam ITlution een breed pakket producten  met ‘web-functionaliteit’, zoals IT-communicatieprocessoren voor SIMATIC PLC’s en industriële netwerkcomponenten, zoals ethernetswitches. Dergelijke switches worden gebruikt om een ethernet op te delen in redundante segmenten. Dit beperkt het risico op grootschalige communicatiestoringen. Bij een kabelbreuk wordt de verbinding binnen 0,3 seconde hersteld. Een ethernetswitch onderhoudt via zijn poorten verbindingen met meerdere componenten in het netwerk. Het is daarom van groot belang om voortdurend te weten of alle poorten nog naar behoren functioneren.

E-mail
De ethernetswitches van Siemens kunnen zelf een e-mail versturen naar een netwerkbeheerder, zodra de communicatie via een poort is verstoord. ‘De netwerkbeheerder kan vervolgens vanachter zijn PC naar het IP-adres van de betreffende switch surfen. Hij krijgt dan een HTML-pagina te zien, en kan per poort het dataverkeer analyseren. Op de webpagina is de switch dermate realistisch zichtbaar dat het lijkt of je er daadwerkelijk voor staat’, verzekert Herm Brunott.  Web-PLC’s van Siemens worden vaak gebruikt om op afstand een diagnose te stellen. In Noorwegen besturen deze PLC’s onbemande vuurtorens. Zodra het dieseloliepeil van de energiegeneratoren onder een bepaald niveau komt, verstuurt zo’n PLC een e-mailtje naar de onderhoudsdienst.

Solvay Pharmaceuticals heeft diverse SIMATIC S7 PLC’s opgenomen in een industrial ethernetwerk. Overwogen wordt om één zo’n PLC uit te rusten met webfunctionaliteit. John Meenderink, Senior Project Engineer E&I Engineering: 'Op dit moment denken we na over allerhande toepassingen. Zo zou men bijvoorbeeld niveau’s van voorraadtanks op de PLC homepage kunnen zetten, die dan via het intranet van Solvay te raadplegen zijn. Een andere toepassing van de webfunctionaliteit kan zijn het op afstand, 24 uur per dag, onderhoudsassistentie kunnen verlenen aan de afdeling productie’.

De introductie van PLC’s met web-functionaliteit staat niet op zichzelf, maar past in een tendens naar open en horizontaal ingerichte procesbesturingsconcepten, waarin het ethernet en webtechnologie een belangrijke rol krijgen toebedeeld. Schneider Electric noemt dit ‘Transparant Factory’, Siemens spreekt van ‘ITlution’.



 

‘Het ideale procesbesturingssysteem bestaat uit een bibliotheek met softwarecomponenten’. Aan het woord is Ben Baars, projectengineer bij Verkade. De genoemde componenten zijn goed vergelijkbaar met muziekinstrumenten. Iedere component heeft namelijk zijn eigen specifieke functie. Om er voor te zorgen dat de ‘instrumenten’ symfonisch samenspelen, kiest Baars als concertzaal het intranet en als toonsoorten standaard communicatietools zoals OPC en ADO. En de dirigent? Dat zijn de operators op de werkvloer. Binnenkort hoort iedereen bij Verkade daarom zijn eigen favoriete besturingsmuziek, met een webbrowser als ‘radio’. 

Jaap van Ede

Verkade, dat in 1990 werd overgenomen door het Engelse United Biscuits, produceert sinds 1886 verschillende soorten wafels, biscuits, chocolade en koekjes.


  ^
De start van de koekjesbereiding

Ben Baars is als project- en onderhoudsengineer betrokken bij de modernisering van de procesbesturing in de deegmakerij van Verkade te Zaandam. Dit project kan ieder moment van start gaan. Het wachten is nog op het definitieve fiat vanuit het hoofdkantoor in Engeland. De voorbereidingen zijn echter al in volle gang.

Baars heeft een heel eigen visie op procesautomatisering. ‘Ons uitgangspunt is, dat een procesbesturing moet zijn gebaseerd op een intranet, met webbrowsers voor de visualisatie. Verder moet alle software bestaan uit herbruikbare componenten, dus object-georiënteerd zijn. De voorkeur gaat daarbij uit naar standaardobjecten, zoals de communicatietools OPC en ADO’, vertelt Baars.

Dit idee is het eindresultaat van een denk- en ervaringsproces dat zeven jaar geleden begon. ‘Destijds kocht je een machine, en daar werd door de fabrikant het besturingsprogramma bijgeleverd. Uiteindelijk hadden we zo’n 1500 verschillende machines op de werkvloer staan. Vaak hadden die ongeveer dezelfde functie, maar de PLC-programma’s waren allemaal weer anders’. Hierdoor werd het een moeilijke opgave om de machine-applicaties te onderhouden.  

Onleesbaar
De PLC-programma’s bleken vaak onleesbaar, omdat er weinig structuur in zat. Bij problemen moest daarom vaak teruggevallen worden op de leverancier. En zelfs dat leverde niet altijd het gewenste resultaat op. ‘Soms bleek zo’n leverancier namelijk te zijn overgenomen door een concurrent. Behoorden onze machines dan niet tot zijn core-business, dan bleef er van de ondersteuning weinig over’, verzucht Baars.  ‘Op dat moment dacht ik bij mezelf: Waarom kan een PLC-programma niet door iedereen worden gelezen, veranderd en uitgevoerd, en een muziekstuk wél. Immers, voor een uitvoering van de Brandenburgse concerten hoeft Bach toch ook niet uit zijn graf op te staan?’. De oplossing die Baars bedacht, was het object-georiënteerd opzetten van de PLC-programmatuur. Hierbij wordt een bibliotheek aangelegd van basale PLC-programma’s, zeg maar de muziekinstrumenten. Deze instrumenten worden vervolgens ‘symfonisch’ gebruikt voor de uitvoering van verschillende besturingsprogramma’s. ‘Dankzij deze gestructureerde opzet is een PLC-applicatie nu voor iedereen begrijpelijk. Daardoor kan iemand die eigenlijk werktuigbouwer is, een deel van het electrotechnisch onderhoud van zijn machine zélf uitvoeren’.

Object-georiënteerd programmeren is inmiddels breed geaccepteerd in de softwarewereld. Baars was 7 jaar geleden echter, naar eigen zeggen, één van de eersten die deze methode propageerde voor PLC-besturingen. Hiertoe gaf hij zelfs cursussen. In analogie met de muziekwereld bracht Baars een scheiding aan tussen degene die een PLC-programma schrijft, en degene die het uitvoert. ‘Dit brengt een kostenreductie met zich mee. Immers voor het ontwerp van een programma heb je een duur betaalde softwareontwerper nodig, maar het programma intypen en opstarten kan iedereen’.

Deegmakerij
Object-georiënteerd programmeren van PLC’s is nu reeds lang gemeengoed bij Verkade. Twee jaar geleden bleek, dat de besturing van de (biscuit)deegmakerij voor vervanging in aanmerking kwam. Hierbij gaat het niet alleen om machines en PLC-programma’s, maar er is ook behoefte aan een bijbehorend Manufacturing Execution Systeem (MES).

Baars keek goed rond op de automatiseringsmarkt, en zag daar een groeiend aanbod aan SCADA-systemen en MES-pakketten: ‘Die zou ik willen vergelijken met een juke-box. Zo’n apparaat kan verschillende deuntjes spelen. Je hebt echter als nadeel dat je ook muziekstukken koopt, die je wellicht nooit afspeelt. Bovendien moet je bij iedere uitvoering opnieuw betalen. Immers, voor iedere werkplek waar zo’n pakket wordt gebruikt ben je licentiegeld verschuldigd. Het belangrijkste probleem is echter, dat je er de software’partituren’ niet bij krijgt. Wil je dus een muziekstuk dat er niet inzit, dan ben je afhankelijk van de leverancier. Ik vreesde dus voor dezelfde onderhoudsproblemen die ik vroeger met mijn machine-applicaties had’.

Baars vervolgt: ‘Net als bij de PLC-programmering zou ik liever elk instrument apart kopen, en daarmee zelf de verschillende besturingssymfoniën componeren. De Amerikaanse handelsorganisatie MESA heeft elf MES-functionaliteiten gedefinieerd zoals onderhoudsregistratie en het electronisch afwerken van recepturen. Een MES-pakket bevat een deel van deze MES-functionaliteiten op een geïntegreerde manier. Ik zou echter liever elke MES-functie apart kopen of laten ontwikkelen, en die vervolgens alleen daar gebruiken waar ik hem echt nodig heb’.

Net als bij de PLC-programma’s bestaat het ideale MES-procesbesturingssysteem volgens Baars uit een bibliotheek met softwarecomponenten. De functies daarvan worden in dit geval verdeeld volgens de S88-norm voor receptuurbeheer. Deze norm omvat een proceduremodel en een fysiek model. Dit laatste splitst de fabriek volgens een boomstructuur op in steeds kleinere delen, zoals ‘procescel’, ‘equipement-module’ en ‘control-module’. De objecten in de besturingsbibliotheek dienen aan te sluiten bij deze fabrieksdelen. Bovendien moeten ze naar believen kunnen worden gekopieerd, gewijzigd en (door Verkade zelf!) aan elkaar geknoopt tot verschillende applicaties, specifiek voor iedere werkplek.

Webtechnologie
Om ze gemakkelijk aanéén te kunnen smeden moeten de componenten standaard communicatietools ondersteunen zoals OPC of ADO. Dit laatste is de door Microsoft ontwikkelde standaard voor communicatie tussen databases via een intranet. Zo kom je als vanzelf terecht bij webtechnologie en het gebruik van browsers voor de visualisatie.

Baars ging vervolgens op zoek naar een systeemintegrator, die zich in deze ‘besturingsfilosofie’ kon vinden. Die werd gevonden in GTI-Industrie-nw in Zaanstad. ‘GTI verzorgde eens functionele analyse van de deegmakerij en maakt nu deel uit van de projectgroep. Hun taak is het leveren van de ‘muziekinstrumenten’ voor onze MES-bibliotheek. Wij gebruiken deze objecten vervolgens om er ‘besturingsorkesten’ mee te vormen’. De objecten die GTI maakt, kunnen zij ook leveren aan andere klanten dan Verkade. Ook GTI houdt dus toegang tot de steeds groeiende besturingsbibliotheek.

Welke componenten GTI levert, wordt echter niet bepaald door deze systeemintegrator, maar door de operators bij Verkade. Die worden dus gedwongen om vooraf na te denken over de functionaliteit die zij nodig hebben. Bij dit denkproces speelt het intranet reeds een centrale rol.


 
^ Een kritisch punt in het deegbereidingsproces is de standtijd.
    Rijst het deeg te kort, dan krijg je te kleine koekjes, anders juist te grote.

Kennis
Baars: ‘Het intranet blijkt een ideaal middel om zoveel mogelijk mensen bij het project te betrekken. Eerst vragen we de operators om precies te beschrijven wat ze nu doen, en om deze kennis in de vorm van HTML-pagina’s ter beschikking te stellen aan iedereen. Dit biedt direct al een voordeel. Deze webpagina’s kunnen namelijk later worden gebruikt als goedkoop opleidingsmiddel. Vervolgens vragen we de operators aan te geven welke verbeteringen er volgens hen zijn te behalen en met welk rendement. En welke informatie het informatiseringssysteem hen daartoe moet geven’. Een voorbeeld van een kritisch punt in het deegbereidingsproces is bijvoorbeeld de meting van de standtijd. Rijst het deeg te kort, dan krijg je te kleine koekjes, anders juist te grote. In beide gevallen passen de koekjes niet meer in de verpakkingen en rest er niets anders meer dan de gevreesde matschudding. Hierbij worden afwijkende koekjes van de lopende band geveegd.
 

In principe krijgt iedere operator precies wat hij wil, namelijk de door hem zelf gespecificeerde procesbesturing. Immers, met behulp van de objecten uit de procesbesturingsbibliotheek kunnen applicaties op maat worden gebouwd. Die zijn niettemin gemakkelijk te onderhouden, omdat ze allemaal bestaan uit dezelfde basiscomponenten. Iedere operator bij Verkade wordt straks als het ware de dirigent van zijn eigen besturingsorkest dat uitzendt via het intranet, en waarvan de muziek wordt ontvangen met een webbrowser.


 
^ Sommige procesoperators ontwerpen hun eigen human machine interface

Instrumenten

GTI ontwerpt nieuwe instrumenten voor de procesbesturingsbibliotheek zodra daar vraag naar is. De mensen van GTI worden alleen ingezet als hun specialistische kennis echt nodig is. HTML-pagina’s voor visualisatie kunnen bijvoorbeeld best worden gemaakt door een specialist in het bouwen van websites. ‘Sommige operators zijn zelfs bezig hun eigen human machine interface te ontwerpen’, vertelt Baars enthousiast.

Baars is niet bang dat er een chaos in de bibliotheek zal ontstaan, als operators er naar believen nieuwe objecten aan gaan toevoegen. ‘Ik denk dat het systeem zelfregulerend is. Je gebruikt vanzelf het besturingsobject dat je voorganger reeds in het systeem heeft gezet. Indien gewenst kunnen verbeteringen worden voorgesteld, die dan ook in de oorspronkelijke toepassing zullen worden doorgevoerd’. De introductie van virussen in het intranetsysteem is onwaarschijnlijk. Het is namelijk een gesloten systeem, zonder floppy drives. Nieuwe software kan derhalve alleen op een gecontroleerde manier worden toegevoegd.

Officieel moet het project nog starten. Toch klinkt nu al het eerste, zij het voorzichtige, intranetdeuntje op de werkvloer bij Verkade. Een PLC met een ingebouwde webserver van Schneider Electric bestuurt hier het vermalen en verdelen van poedersuiker. De HTML-pagina’s uit deze PLC worden geraadpleegd via het intranet.





 

Nieuw automatiserings-concept Siemens: objectoriëntatie in soft- én hardware.

gepubliceerd in Technisch Info Magazine, herfst 2001

In de softwarewereld is object-oriëntatie reeds geruime tijd een bekend begrip. Programmacomponenten worden gescheiden ontwikkeld, en pas daarna tot één geheel samengesmeed. Objectoriëntatie versnelt de bouw en vergemakkelijkt het onderhoud van applicaties. Bovendien kunnen de componenten steeds opnieuw en in wisselende combinaties worden gebruikt. Siemens wil de voordelen van objectoriëntatie overhevelen van de software- naar de hardwarewereld. Component based Automation, heet hun nieuwe concept. 

Dr Ir Jaap van Ede

Als je kijkt naar een lopende band waarop auto’s worden geassembleerd, dan zie je dat deze systemen uit functionele delen zijn opgebouwd. Bijvoorbeeld voor ‘optillen’, ‘transport’ of ‘bewerking X’. Het zou eigenlijk het handigste zijn, als je al die componenten apart zou kunnen bouwen en testen, moeten ze bij Siemens hebben gedacht. Voor een OEM-er of systeemintegrator heeft dit als voordeel dat de componenten in wisselende samenstelling kunnen worden gebruikt, en sneller bij de klant in gebruik kunnen worden genomen. Bovendien kunnen componenten van verschillende leveranciers worden toegepast. Eénmaal geïnstalleerd op de werkvloer kan het modulair opgebouwde systeem gemakkelijk worden onderhouden en kan het relatief gemakkelijk worden geïntegreerd met de rest van de automatiseringssystemen in de fabriek.

Een softwarecomponent is een geëncapsuleerde eenheid. Uit dit soort herbruikbare eenheden kan een modulair systeem worden opgebouwd. Nieuw aan het concept van Siemens is, dat dit ‘modulaire denken’ wordt uitgebreid tot de hardware. Dit wordt Component based Automation (CbA) genoemd.

Technische modules
Herm Brunott, productmanager automatisering bij Siemens Nederland: ‘Onze componenten zijn de technische modules. Die zijn opgebouwd uit een mechanisch machineonderdeel, zoals de genoemde lopende band, en besturingshardware met daarin – eventueel leveranciersspecifieke - software. Dit laatste kan bijvoorbeeld een mini PLC-tje zijn, in de vorm van een gedistribueerde I/O module met een ingebouwde CPU. De softwarecomponent die bij een technische module hoort, functioneert volledig autonoom’.

Siemens heeft de nieuwe softwaretool iMap ontwikkeld, voor het combineren en integreren van de technische modules. De hiermee corresponderende softwarecomponenten worden binnen het grafische pakket iMap weergegeven als blokjes, die je via lijnen met elkaar kunt verbinden.

Dit werkt ook als het gaat om softwarecomponenten van verschillende leveranciers, zoals Moeller en Bosch. De software bij een technische module wordt in dat geval namelijk aangemaakt met leveranciersspecifieke software, en vervolgens geëxporteerd naar de softwarebibliotheek van de overkoepelende configuratietool (iMap) van Siemens. Hierbij is er wel één addertje onder het gras, er wordt namelijk impliciet van uitgegaan dat de leveranciers hun software hebben voorbereid op deze vertaalslag.

PROFINet
CbA is niet een vervanging van Totally Integrated Automation (TIA), het reeds bestaande automatiseringsconcept van Siemens, maar een uitbreiding daarop. Bij TIA verloopt de communicatie tussen de verschillende devices zoals bekend via PROFIBUS. Bij CbA wordt gebruik gemaakt van PROFINet. Dit is een nieuwe open standaard, die universele communicatie over een hybride netwerk met zowel ethernet als PROFIBUS mogelijk maakt. Hierdoor kunnen op ‘office-’ en fabrieksniveau dezelfde communicatieprotocollen worden gebruikt. Reeds bestaande PROFIBUS-segmenten in een fabriek kunnen zonder problemen worden opgenomen in een CbA-architectuur. 

Terug naar intro
© C.J. van Ede 1997-2014 Nederland (Holland)
Disclaimer
  Laatste update:
  09-09-2014
E-mail