Vertikale Integration von Getränkeabfüllanlagen auf Basis standardisierter Schnittstellen

Standards Vertikale Integration von Getränkeabfüllanlagen auf Basis standardisierter Schnittstellen Axel Kather und Tobias Voigt Axel Kather beschäftigt sich on nach dem Prinzip „Plug and Play“ Schnittstellendefinitionen für die ver- mit der Betriebsdatenerfas- sung und der automatischen ermöglicht. tikale Integration von Maschinen und Wissensverarbeitung von Kontrollgeräten sowie zahlreicher par- Daten aus Abfüllanlagen mit Mitteln der künstlichen allel eingesetzter Protokolle begrün- Intelligenz. Er erarbeitete als Problemstellung det. Zudem werden bei verschiedenen Autor die Grundlagen für die Weihenstephaner Standards Maschinen- und Anlagenlieferanten 2005. IT-Systeme sind wichtige Lenkungs- unterschiedliche Maschinenzustände Tobias Voigt ist Wissen- werkzeuge im Unternehmen. Auch und zu erfassende Daten definiert. schaftlicher Assistent am in der Brau- und Getränkeindustrie Die aktuellen Datenauswertesysteme Lehrstuhl für Lebensmitel- nimmt die Vernetzung von Rechner- berechnen die verschiedensten Kenn- verpackungstechnik sowie Entwickler und Autor der systemen zu. Während die Logistik zahlen, was ein technisches Bench- Weihenstephaner Standards und der Prozessbereich schon seit vie- marking im Unternehmen unmöglich (Version 2000). len Jahren in IT-Netzwerke integriert macht. sind, finden sich im Abfüllbereich, falls Um der Branche für die Zukunft überhaupt vorhanden, meist nur Insel- kostengünstige und effiziente IT-Lö- lösungen. Dieses Schattendasein ist in sungen für den Abfüllbereich zu er- Zur vertikalen Integration des Ab- deren zeit- und kostenintensiver Pro- möglichen, wurde von Lehrstuhl für füll- und Verpackungsbereichs eines jektierung, dem Fehlen einheitlicher Lebensmittelverpackungstechnik zu- Getränkeherstellers wurden die Wei- henstephaner Standards erarbeitet. Bild 1: Kommunikation nach dem „Plug and Play“-Prinzip Diese definieren die physikalische Schnittstelle für das Verbinden von Maschinen und Kontrollgeräten mit einem MES und die Daten, die für automatisch die Erfassung bereitgestellt werden g generierte müssen. Durch automatisierbare Pa- Abfrage rametrierung über eine Gerätebe- Gerätebeschrei- schreibungsdatei wird Kommunikati- bungsdatei Über die Kommunikation von Ma- schinensteuerungen in Getränkeab- füllanlagen, das Weihenstephaner Zustandsmo- dell für die Komponenten der Ab- füllanlagen, die Weihenstephaner Standards für die Schnittstellen zwischen Maschi- nen und einem übergeordnetem Maschinenaustausch IT-System. 40 PPS Management 13 (2008) 1 A. Kather u.a.: Vertikale Integration von Getränkeabfüllanlagen sammen mit Brauereien, Getränke- schichten festgelegt. Auf den unteren Kommunikationsablaufes neu durch- abfüllbetrieben Maschinenlieferanten Ebenen werden die aus der Bürowelt führen zu müssen. Hierdurch können sowie Systemhäusern in allen wesent- bekannten Protokolle Ethernet und die hohen Projektierungskosten, die lichen Details der Datenerfassung und TCP/IP verwendet. Sie dienen als Basis eine maschinenspezifische Schnittstel- -auswertung ein einheitliches Konzept für proprietäre Befehle, die in Zusam- lendefinition in jedem einzelnen Fall erarbeitet und als „Weihenstephaner menarbeit mit der Industrie entwickelt hervorriefe, vermieden werden. Dies Standards für die Betriebsdatenerfas- wurden und die oberen Schichten des verkürzt auch Ausfallzeiten und In- sung bei Getränkeabfüllanlagen“ ver- OSI-Modells definieren. Durch die- betriebnahmezeiten beim Austausch öffentlicht. se Kombination von offenen Stan- oder Upgrade von Maschinen. „Plug dards mit leistungsfähigen, der BDE and Play“ wird durch das Ablegen Entwicklungsschritte angepassten proprietären Protokollen der Gerätebeschreibungsdatei auf dem liegt eine durchgängige Schnittstellen- Dateisystem einer Maschine ermögli- Basisarbeit für die aktuellen Weihen- spezifikation für die Kommunikation cht. Diese ist in der etablierten Aus- stephaner Standards (WS 2005) wurde von Steuerungen, Kontrollgeräten und zeichnungssprache XML zu verfassen bereits mit dem im Jahr 2000 erschie- BDE-Systemen vor. und stellt dann alle Informationen für nenen „Standard-Pflichtenheft für Die Dokumentation einer nach eine funktionierende Kommunikation BDE-Systeme innerhalb von Getränke- „Weihenstephaner Standards“ für die automatisch bereit. (vgl. Bild 1). abfülllinien“ (WS 2000) [1] geleistet. Datenerfassung vorbereiteten Maschine Die schnelle Verbreitung bestätigte hat in Form einer XML-Gerätebeschrei- Einheitlich definierte den Bedarf an einheitlichen Vorgaben. bungsdatei zu erfolgen. In dieser sind Dateninhalte Jedoch wurde bei ersten Umsetzungen Angaben für die physikalische Anbin- deutlich, dass zusätzliche Definitionen dung und die Definitionen sämtlicher Teil 2 der Weihenstephaner Stan- für eine einfache Systeminstallation für die Datenerfassung bereitgestell- dards legt die unterschiedlichen Zu- benötigt werden. Deshalb wurden in ter Datenpunkte enthalten. Hierdurch stände einer Maschine bzw. eines weiteren Projektschritten Details zur wird erreicht, dass jedes Aggregat einer Kontrollgerätes fest. Hierbei wird in Netzwerkintegration, den zu erfas- Abfüllanlage ohne großen Projektie- Konformität mit dem „Machine State senden Datenpunkten, der Datenaus- rungsaufwand an ein BDE-System an- Model for Automatic Mode Opera- wertung sowie zur Implementierung geschlossen werden kann. Es ist dem tion“ der OMAC Users Group [2] ein und dem sicheren Betrieb von Ge- Betreiber somit möglich, Aggregate Zustandsmodell für die Komponenten samtsystemen in Zusammenarbeit mit unterschiedlicher Hersteller an sein der Abfüllanlagen zu Grunde gelegt, der Industrie ausgearbeitet und in vier BDE-System anzuschließen, ohne je- welches die Zustandsübergänge ein- Teilen veröffentlicht (WS 2005): des Mal die aufwändige Definition des deutig definiert (siehe Bild 2). Teil 1: Physikalische Schnittstellenspe- zifikation Bild 2: Weihenstephaner Zustandsmodell Teil 2: Inhaltliche Schnittstellenspezi- fikation to Aborting from Operating Teil 3: Datenauswertung und Berichts- wesen Stopping Teil 4: Überprüfung und sicherer Be- trieb Stopped Starting Prepared „Plug & Aquire“ Lack Held Tailback Maschinenanbindung Lack Branch Line Tailback Branch Line Der erste Teil der Weihenstephaner Standards beschäftigt sich mit der Equipment Failure External Failure Operating Holding physikalischen Definition der Schnitt- Emergency Stop stelle, also dem Netzwerk und den to Stopping Protokollen, welche für das Verbin- Aborting den von Maschinen und Kontrollge- räten mit einem IT-System verwen- from Stopping det werden.