Ein Beitrag zur Bewertung des Kommunikationsverhaltens von Automatisierungsgeräten in flexiblen Produktionszellen

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Diss. Reihe Fertigungstechnik, Band 32

Language
de
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2020-08-25
Issue Year
1992
Authors
Bärnreuther, Brigitte
Editor
Geiger, Manfred
Feldmann, Klaus
Publisher
Carl Hanser
ISBN
3-446-17451-6
Abstract

Consistent open communication according to Computer Integrated Manufacturing can only be achieved by the implementation of MAP. There is general agreement that the requirements within Full MAP flexible production cells are not met. In order to be able to view the communication behavior systematically, a classification scheme was first developed that describes the essential properties of cell-internal communication, e.g. Open communication, station types etc. With the guiding principle MAP conformity, in a second step three communication architectures with MMS and LABORINTH representative of the device spectrum of flexible production cells were designed. The LABORINTH communication concept is an architectural component because it enables important criteria from the classification scheme to be met:

  • The integration of single stations can be realized through the two-class structure of the stations. Powerful controls (RC, PLC) are mapped on control stations, sensors on substations.

  • Subnets can be formed because LABORINTH firing filters can communicate across subsystems.

  • The dynamic registration and deregistration of LABORINTH processes allows configuration changes in the communicating automation devices during operation.

Architectural variants A and C were implemented as examples and performance analyzes were carried out.

To solve the subtask “MAP-compliant sensors and actuators”, two approaches were taken in the present work:

  • Architecture variant B is representative of current sensor / actuator representatives who only have rudimentary information processing functions. Therefore, the connection to the MAP world must establish a supervisor to which the extensive and complex application functions are outsourced. The solution shows how the introduction of MAP / MMS in flexible production cells can take place in stages.

  • The development of the smart transmitters /7/ offers the prospect of increased support for application and communication functions by microelectronics, but its performance will remain limited in the foreseeable future for reasons of miniaturization (no multiprocessors, little storage capacity) /132/. In order to facilitate the implementation of the MAP application protocol, an MMS Companion standard was outlined, which limits the MMS models (objects and services) used to a minimum: Read services (Read) for sensors, write Services (write) for actuators.

The results presented in this thesis clarify the communication requirements in flexible production cells and provide instructions on how the integrated information network in production operations can be implemented right up to the immediate vicinity of the technical process. The following topics can be considered for the continuation of the work:

  • The presented scheme serves to classify communication systems in flexible production cells. In this respect, existing fieldbus systems (BITBUS, Arcnet, CAN ...) can be compared and evaluated using the criteria shown.

  • The concept of single stations with MMS Companion standard has so far only been implemented to the extent that integration into the LABORINTH world was created. Further work can be carried out based on the practical implementation of the MMS scope shown, among other things. also assess performance.

  • There are generally valid parameters (throughput, response time) for the performance evaluation. A more meaningful assessment could be carried out using benchmarks or metrics: For this, typical communication applications for the manufacturing environment must be standardized.

The main idea for the architecture variants shown was to introduce MAP into the process environment through strict MMS conformity at application level. The functional requirements of flexible production cells were met by the fact that any transmission and transport systems are permitted below the application level. For the future, it is conceivable that this approach can also be applied to other application technologies, such as Laboratory automation or process control technology. MMS's object-based language constructs appear generally suitable for programming distributed technical systems.

Abstract

Durchgängige offene Kommunikation gemäß dem Computer-Integrated-Manufacturing ist nach heutigem Stand nur durch die Verwirklichung von MAP zu erreichen. Allgemeine Übereinstimmung besteht darin, daß die Anforderungen innerhalb von flexiblen Produktionszellen von “Full MAP nicht erfüllt werden. Um das Kommunikationsverhalten systematisch betrachten zu können, wurde zunächst ein Klassifikationsschema erarbeitet, das die wesentlichen Eigenschaften der zelleninternen Kommunikation wie z.B. Offene Kommunikation, “Stationstypen usw. darlegt. Mit dem Leitgedanken MAP-Konformität, wurden in einem zweiten Schritt drei für das Gerätespektrum flexibler Produktionszellen repräsentative Kommunikationsarchitekturen mit MMS und LABORINTH konzipiert. Das Kommunikationskonzept LABORINTH ist Architekturbestandteil, weil damit wichtige Kriterien aus dem Klassifikationsschema erfüllt werden können:

  • Die Integration von Einfachstationen kann durch die Zwei-Klassen-Struktur der Stationen verwirklicht werden. Leistungsfähige Steuerungen (RC, SPS) werden auf Steuerstationen, Sensoren auf Unterstationen abgebildet.
  • Teilnetze können deshalb gebildet werden, weil LABORINTH-Steuerstationen über Untersysteme hinweg kommunizieren können.
  • Das dynamische An- und Abmelden von LABORINTH-Prozessen erlaubt Konfigurationsänderungen bei den kommunizierenden Automatisierungsgeräten im laufenden Betrieb.

Architekturvarianten A und C wurden beispielhaft realisiert und Leistungsbetrachtungen unterzogen.

Für die Lösung der Teilaufgabe “MAP-konforme Sensoren und Aktoren” wurden in vorliegender Arbeit zwei Wege eingeschlagen:

  • Architekturvariante ”B ist repräsentativ für derzeitige Sensor-/Aktor-Vertreter, die nur über rudimentäre informationsverarbeitende Funktionen verfügen. Deshalb muß die Anbindung an die MAP-Welt eine Betreuungsinstanz herstellen, auf die die umfangreichen und komplexen Anwendungsfunktionen ausgelagert werden. Diese Lösung zeigt auf, wie die Einführung von MAP/MMS in flexible Produktionszellen stufenweise erfolgen kann.
  • Die Entwicklung der intelligenten Meßumformer (“smart transmitters) /7/ stellt die verstärkte Unterstützung von Anwendungs- und Kommunikationsfunktionen durch Mikroelektronik in Aussicht. Die Leistungsfähigkeit wird aber in absehbarer Zeit aus Gründen der Miniaturisierung noch begrenzt bleiben (keine Multiprozessoren, geringe Speicherkapazität) /132/. Um die Implementierung des MAP- Anwendungsprotokolls zu erleichtern, wurde deshalb ein MMS-Companion- Standard skizziert, der die verwendeten MMS-Modelle (Objekte und Dienste) auf ein Mindestmaß beschränkt: Lese-Dienste (Read) für Sensoren, Schreib-Dienste (Write) für Aktoren.

Die in vorliegender Arbeit dargestellten Ergebnisse präzisieren die kommunikationstechnischen Anforderungen in flexiblen Produktionszellen und geben Anleitungen dafür, wie der durchgängige Informationsverbund im Produktionsbetrieb bis in die unmittelbare Nähe zum technischen Prozeß verwirklicht werden kann. Für die inhaltliche Fortführung der Arbeit kommen folgende Themen in Frage:

  • Das dargelegte Schema dient dazu, Kommunikationssysteme in flexiblen Produktionszellen zu klassifizieren. Insofern können bestehende Feldbussysteme (BITBUS, Arcnet, CAN ...) anhand der aufgezeigten Kriterien verglichen und bewertet werden.
  • Das Konzept der Einfach-Stationen mit MMS-Companion-Standard wurde bisher nur insoweit realisiert, als daß die Integration in die LABORINTH-Welt geschaffen wurde. Weiterführende Arbeiten können anhand der praktischen Implementierung des aufgezeigten MMS-Umfangs u.a. auch das Leistungsverhalten beurteilen.
  • Für die Leistungsbewertung liegen allgemein gültige Kennwerte (Durchsatz, Antwortzeit) vor. Eine aussagekräftigere Bewertung könnte man unter Verwendung von Benchmarks“ bzw. Metriken vornehmen: Dazu müssen für die Fertigungsumgebung typische Kommunikationsanwendungen normiert werden.

Leitgedanke für die aufgezeigten Architekturvarianten war, durch strenge MMS-Konformität auf Anwendungsebene MAP in die Prozeßumgebung einzuführen. Den funktionalen Bedürfnissen flexibler Produktionszellen kam entgegen, daß unterhalb der Anwendungsebene beliebige Übertragungs- und Transportsysteme zugelassen sind. Für die Zukunft ist vorstellbar, diese Vorgehensweise auch auf andere Anwendungstechnologien, wie z.B. Laborautomatisierung oder Prozeßleittechnik, zu übertragen. Die objektbasierten Sprachkonstrukte von MMS erscheinen für die Programmierung verteilter technischer Systeme generell geeignet.

Series
Fertigungstechnik - Erlangen
Series Nr.
32
Notes
Nach Rechteübertragung des Meisenbach-Verlags auf die FAU digitalisiert und online gestellt durch Geschäftsstelle Maschinenbau und Universitätsbibliothek der FAU im Jahr 2020. Koordination der Reihe: Dr.-Ing. Oliver Kreis. Für weitere Informationen zur Gesamtreihe siehe https://mb.fau.de/diss
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