Das Werk Shenyang Brilliance Jinbei M1 produziert hauptsächlich Limousinen der Marke Zhonghua. Das Anlagenüberwachungssystem in der Endmontagehalle bietet Funktionen wie die Echtzeitüberwachung des Anlagenstatus und präzise Alarmmeldungen bei bestehenden Störungen. Für diese Funktionen ist die Datenerfassung vor Ort unerlässlich. Die meisten der in den OEM-Anlagen vor Ort eingesetzten Steuerungen sind Siemens S7 300 SPS. Diese umfassen die Hauptförderkette der Produktionslinie, die Tür-Vormontagelinie, die Instrumententafel-Vormontagelinie, die Reifenförderlinie und die Motoren-Vormontagelinie. 1. Systemanalyse: Die SPS der Hauptförderkette in der Endmontagehalle des Werks M1 ist vom Modell S7 318-2DP, während die übrigen Förderlinien, einschließlich der Tür-Vormontagelinie, der Instrumententafel-Vormontagelinie, der Reifenförderlinie und der Motoren-Vormontagelinie, alle mit S7 315-2DP ausgestattet sind. Alle zuvor genannten SPSen der Siemens S7 300-Serie unterstützen das PROFIBUS-Protokoll, einen internationalen, offenen und herstellerunabhängigen Feldbusstandard. PROFIBUS findet breite Anwendung in der Fertigungsautomation, der Prozessindustrie und anderen Bereichen wie Gebäudetechnik, Transportwesen und Energiewirtschaft. Es besteht aus drei kompatiblen Komponenten: PROFIBUS-DP, PROFIBUS-PA und PROFIBUS-FMS. PROFIBUS-DP: Ein schnelles und kostengünstiges Kommunikationsprotokoll für die Kommunikation zwischen Steuerungssystemen auf Geräteebene und verteilten E/A-Systemen. PROFIBUS-PA: Speziell für die Prozessautomation entwickelt, ermöglicht es Sensoren und Aktoren, an einen einzigen Bus angeschlossen zu werden und verfügt über eigensichere Spezifikationen. PROFIBUS-FMS: Wird für Überwachungsnetzwerke in der Fertigung eingesetzt und ist ein tokenbasiertes Echtzeit-Multi-Master-Netzwerk. 1.1 Funktionsanalyse von PROFIBUS-FMS: PROFIBUS-FMS nutzt die Schichten 1, 2 und 7. Die Anwendungsschicht (Schicht 7) umfasst FMS (Fieldbus Message Specification) und LLI (Low Layer Interface). FMS umfasst Anwendungsprotokolle und bietet Kommunikationsdienste. LLI stellt verschiedene Kommunikationsverbindungen her und ermöglicht FMS geräteunabhängigen Zugriff auf Layer 2. PROFIBUS-FMS ist ein Feldbus für die Fertigungshalle, der primär zur Überwachung von Produktionsanlagen eingesetzt wird. Er ermöglicht die Überwachung des Status und der Prozesse von Produktionsanlagen, das Produktionsmanagement und die Integration von Anlagen- und Produktionsinformationen. Er bietet vielfältige Kommunikationsdienste wie Felddatenübertragung, Datenbankverarbeitung, Parametereinstellung, Programm-Download, Slave-Steuerung und Alarmierung. Er eignet sich für zyklische und nicht-zyklische Kommunikationsaufgaben mit großem Datenaustausch bei moderaten Übertragungsgeschwindigkeiten. Da er die Kommunikation zwischen Steuerungen und intelligenten Feldgeräten sowie den Informationsaustausch zwischen Steuerungen erleichtert, priorisiert er die Systemfunktionalität gegenüber der Reaktionszeit. Bei Verwendung von RS-485 bietet PROFIBUS-FMS Kommunikationsraten von 9,6 kbit/s bis 500 kbit/s und Reichweiten von 1,6 km bis 4,8 km und unterstützt bis zu 122 Knoten. Bei Verwendung von FSK (Frequency Shift Keying) werden bis zu 32 Knoten über Entfernungen bis zu 5 km unterstützt. Als Übertragungsmedium können Twisted-Pair-Kabel oder Glasfaserkabel verwendet werden. Die leistungsstarken FMS-Dienste sind vielseitig einsetzbar und bieten hohe Flexibilität bei der Lösung komplexer Kommunikationsaufgaben. 1.2 Lösungsanalyse: Im Werk M1 wurde das Anlagenüberwachungssystem nach Inbetriebnahme der Produktionslinie als neues Modul hinzugefügt. Daher durfte der laufende Produktionsablauf durch die Bauarbeiten nicht beeinträchtigt werden. Die SPSen der Feldförderkette mussten große Datenmengen an die übergeordnete Ebene übertragen, die Echtzeitanforderungen waren jedoch nicht sehr hoch. Unter Berücksichtigung der Gegebenheiten vor Ort und der Eigenschaften der drei PROFIBUS-Protokolle wurde ein PROFIBUS-FMS-Netzwerk zur Datenerfassung gewählt. Da die OEM-SPSen vor Ort jeweils eigene Aufgaben haben, wurde eine Siemens S7 315-2 DP hinzugefügt, um bestehende Funktionen nicht zu beeinträchtigen. Diese SPS kommuniziert mit allen anderen SPSen vor Ort und dient als Schnittstelle zum übergeordneten System (für die Kommunikation mit diesem ist eine Protokollkonvertierung erforderlich). Sie bildet mit den SPSen vor Ort ein FMS-Netzwerk. Zum Aufbau des FMS-Netzwerks wurde auf jeder SPS ein Siemens CP 343-5 Kommunikationsmodul installiert. Dieses Modul unterstützt das FMS-Protokoll. Seine Hauptaufgaben sind: Daten vom PROFIBUS empfangen, das FMS-Format in das von der SPS benötigte Format konvertieren und die Daten an den Benutzerdatenbereich der CPU senden. Ebenso werden Daten aus dem Benutzerdatenbereich der CPU abgerufen, in das FMS-Format konvertiert und an den PROFIBUS gesendet. Das Feldsystem-Konfigurationsdiagramm ist wie folgt: Systemkonfigurationsdiagramm 2 Softwarekonfiguration und Programmierung 2.1 Schritte zum Herstellen einer FMS-Verbindung Zum Herstellen einer FMS-Verbindung werden folgende Schritte konfiguriert: Die bereits konfigurierte SPS-Station wird geöffnet und die an das FMS anzuschließende SPS-Workstation hinzugefügt. Stellen Sie während der Konfiguration sicher, dass alle CP343-5-Netzwerke an denselben PROFIBUS angeschlossen sind. Klicken Sie auf die Schaltfläche „Netzwerk konfigurieren“, um die Netzwerkkonfigurationsoberfläche aufzurufen. Die folgende Abbildung zeigt das Netzwerkkonfigurationsdiagramm des Werks Zhonghua. Alle CP343-5 sind an PROFIGBUS (1) (PROFIGBUS-FMS) angeschlossen. Jeder Station ist eine Adresse zugewiesen. Jede SPS verfügt außerdem über ein eigenes PROFIGBUS-DP-Netzwerk. Klicken Sie im PROFIGBUS-Netzwerkdiagramm auf „Einfügen“ → „Verbindung“, um die FMS-Verbindungsschnittstelle aufzurufen. Wählen Sie die Partner, für die eine Verbindung hergestellt werden soll, nacheinander aus und wählen Sie „FMS-Verbindung“ als Verbindungstyp, wie in der folgenden Abbildung dargestellt: FMS-Verbindungsdiagramm. Konfigurieren oder spezifizieren Sie anschließend die folgenden Parameter: 1) Übertragungseigenschaften genauer festlegen; 2) Dienste des FMS-Kommunikationspartners auswählen; 3) FMS-Datenempfänger (Client) konfigurieren: Kommunikationsvariablen zum Lesen oder Schreiben festlegen; Datenbereich für die Berichtsvariable festlegen; Gerätezugriffsrechte für die geschützten Variablen zuweisen; 4) FMS-Datensender (Server) konfigurieren. 5) Achten Sie während der Konfiguration auf die korrekte Zuordnung der Kommunikationsadressen und -variablen. Laden Sie anschließend die konfigurierten Einstellungen auf die SPS, um die FMS-Verbindung herzustellen. 2.2 Programmierung Die Kommunikationsfunktionsmodule für die FMS-Kommunikation wurden in der S7-Software programmiert. Die Funktionen der einzelnen Module sind: FB2: Geräteattribute prüfen; FB3: Daten lesen; FB4: Nicht bestätigte Daten senden; FB5: Statusprüfung; FB6: Daten schreiben. Die Datenübertragung erfolgt durch Aufruf der entsprechenden Funktionsmodule. Im praktischen Einsatz im Werk Zhonghua muss die Brücken-SPS mit allen anderen SPSen im Feld kommunizieren. Da die Feld-SPSen nicht direkt kommunizieren, sondern die Brücken-SPS als Relais nutzen, wird jeder Funktionsbaustein in der Feld-SPS nur einmal aufgerufen, während die Brücken-SPS jeden Funktionsbaustein separat für die Kommunikation mit den einzelnen SPSen aufruft. Beim Aufruf eines Funktionsbausteins muss ein Datenbaustein (DB-Baustein) als Speicherbereich für die übertragenen Daten angegeben werden. Nachdem dieser Datenblock erstellt wurde, werden die zu übermittelnden Daten programmgesteuert im Datenblock gespeichert. Anschließend wird der Datenblock mit seinem Indexwert als Kommunikationsvariable in der Variablentabelle festgelegt. 3. Fazit: Das FMS-Netzwerk in der Endmontagehalle des Zhonghua-Werks der Shenyang Brilliance Jinbei Bus Co., Ltd. erforderte bei der Implementierung lediglich geringfügige Anpassungen des ursprünglichen Programms durch das Hinzufügen von Sende- und Empfangsdatenblöcken. Der laufende Betrieb wurde dadurch nicht beeinträchtigt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass FMS flexibel und komfortabel ist und sich daher gut als Übertragungsprotokoll für die Kommunikation auf Werkstattebene eignet. Seit seiner Inbetriebnahme Anfang 2003 hat sich das FMS-Netzwerk im Werk M1 als stabil und zuverlässig erwiesen und ermöglicht die Echtzeitüberwachung des Anlagenstatus sowie die Bereitstellung von Fehlerwarnungen. Dies hat wesentlich zur Verbesserung der Anlagenverfügbarkeit beigetragen und die Designanforderungen effektiv erfüllt. Lediglich im Zuge späterer Anpassungen wurde die Montagelinie für das Armaturenbrett entfernt und der entsprechende Armaturenbrettknoten aus dem Programm gelöscht. Dies hatte jedoch keine Auswirkungen auf die Gesamtsystemkommunikation und unterstreicht die Flexibilität des Systems. Referenz: Gu Hongjun et al. Industrielle Unternehmensnetzwerke und Feldbustechnologie und -anwendungen. People's Posts and Telecommunications Press, 2002. Quelle: Domestic and International Mechatronics