Technologische Module und Komponenten

Was ist ein technologisches Modul?

Ein technologisches Modul ist quasi eine Anleitung für einen Abschnitt in einem Produktionsprozess. Alle Produktionsprozesse basieren auf der effizienten Zusammenarbeit von drei Teilbereichen:

  1. der Mechanik
  2. der Elektronik
  3. den Steuerungselementen

Bei jedem Abschnitt in einem Prozess sind dabei verschieden Anteile der drei Teilbereiche nötig. PROFINET definiert daher seine technologischen Module so, dass die drei Komponenten jeweils zu unterschiedlichen Anteilen enthalten sind.

Profinet-Komponenten in einem technologischen Modul

Allgemein gesprochen wird ein technologisches Modul durch eine Profinet-Komponente dargestellt. Dass das Modul automatisiert gesteuert werden kann, wird dadurch gewährleistet, dass die Profinet-Komponente diese Funktionalität in einer spezifischen Software-Komponente festlegt. Durch das grafische Verschalten der einzelnen Ein- und Ausgänge der Profinet-Komponenten wird die Automatisierung der Anlage definiert. Mithilfe eines speziellen Werkzeugs, dem Verschaltungseditor, können schnell und effizient einzelne Verbindungen - auch zwischen Geräten verschiedener Hersteller – und, ganz wichtig, für die Anwender sofort auf der Applikationsebene erstellt werden.

Alle Profinet-Komponenten basieren grundsätzlich auf dem Kommunikationsstandard COM, der von Microsoft entwickelt wurde und für die meisten Betriebssysteme anwendbar ist. Da Software-Komponenten auf der Basis des COM auch die Kommunikation von Objekten verschiedener Hersteller ermöglichen, werden sie oft als einzelne Bausteine betrachtet, die einerseits flexibel miteinander kombiniert werden können und andererseits aber auch in andere Anwendungen transferiert und dort wiederverwendet werden können.

Der flexible Austausch und die Möglichkeit zur Rekombination bietet zudem die Möglichkeit, auf veränderte Anforderungen oder neue technologische Standards flexibel reagieren zu können.

Alle Software Komponenten werden dabei vom Hersteller der Maschine oder Anlage erstellt, damit der einzelne Anwender nur noch mit technologischen Begriffen zu arbeiten braucht. Ein Beispiel ist das Modul „Füllen“, das häufig in Produktionsprozessen zur Anwendung kommt. Das Modul Füllen besteht wiederum aus unterschiedlichen Komponenten, mit einem festen Anteil an Mechanik, Elektronik und Systemsteuerung.

Kostensenkung und Granularität

In welchem Ausmaß durch dieses Komponentenmodell Hardwarekosten und unabhängig davon auch Engineeringkosten gesenkt werden können, legt das Design der Komponenten fest. Das Design hat zudem auch Einfluss auf das zeitliche Verhalten der Anlage oder Maschine und den Ablauf der Automatisierungsvorgänge. Um das Design einer Komponente zu beschreiben, dient ein spezieller Begriff, der ursprünglich aus der Biologie stammt und soviel bedeutet wie Feinkörnigkeit: die Granularität.

Granularität bezeichnet also hier die Aufteilung der Maschine oder Anlage in Teilmaschinen oder Teilanlagen. Eine Komponente kann nur aus einem einzigen Gerät bestehen, sie kann aber auch aus einer Vielzahl Geräten bestehen. Eine zu feine Granularität, das heißt die Partition einer Komponente in sehr viele verschiedene Teilaspekte, ist in ihrer Arbeitsweise besonders kleinschrittig. Daher wird eine Anlage in ihrem Aufbau viel komplexer. Diese Komplexität bedingt wieder rum höhere Energiekosten. Eine sehr feine Granularität hat allerdings den Vorteil, dass die einzelnen Komponenten meist sehr einfach in andere Anlagen integriert werden können und so ein hohes Maß an Wiederverwertbarkeit vorliegt. Bei einer sehr groben Granularität ist die Wiederverwendbarkeit stark eingeschränkt. Dadurch belastet sich der Anwender mit höheren Implementierungskosten.

Soll also die Granularität von Modulen festgelegt werden, muss vor allem auf die Wiederverwendbarkeit in Abhängigkeit der entstehenden, im Voraus kalkulierbaren Kosten geachtet werden. Ideal ist es, wenn alle Einzelkomponenten flexibel miteinander kombinierbar und auch auf andere Anlagen übertragbar sind. Es wird unterschieden zwischen Standardteilen, die eigentlich in allen Anlagen unabhängig vom spezifischen Ziel benötigt werden und fallspezifischen Teilen. Diese beiden Arten sollten möglichst nicht zu einem Gesamtmodul fest verknüpft werden, sondern in einem Modul mit feiner Granularität verbunden werden, wodurch eine maximale Wiederverwendbarkeit gewährleistet werden kann.

Die Komponentenbeschreibung

Alle Komponenten des Komponentenmodells werden auf der Basis der XML, der Extensible Markup Language, beschrieben. XML ist unter Anwendern beliebt, weil sie ein plattformübergreifendes Arbeiten ermöglicht und somit ein vereinfachter Austausch von Daten oder Ressourcen zwischen einzelnen Anwendungen möglich ist. XML ist eine textbasierte Metasprache, das heißt eine Sprache über nichtsprachliche Gegenstände. Mithilfe von XML können die Struktur der Komponenten festgelegt und die Beziehungen zwischen den einzelnen Komponenten definiert werden.

Anders als zum Beispiel bei HTML gibt es hier keine vordefinierten Bedeutungen, wie zum Beispiel bei Tags, sondern jede Komponente und jede Beziehung wird für sich immer wieder neu definiert.

Jede XML Datei die durch die Beschreibung einer Profinet-Komponente entsteht, besteht also aus verschiedenen Aspekten:

  1. Beschreibung des Elements, d.h. Name und Identifikation der Komponente
  2. Beschreibung der Hardware, d.h. wo ist die Adresse, wie sehen die Verschaltungen aus
  3. Beschreibung der Software, d.h. Beschreibung der zugeordneten Hardware und des zugeordneten Interface, sowie Name, Datentyp und Richtung der Software
  4. Beschreibung des Ablageorts des Projekts

Wiederverwendbarkeit

Im Sinne der gewünschten Wiederverwendbarkeit einzelner Komponenten werden Komponentenbibliotheken gebildet. Auf diese Komponentenbibliotheken können gleichzeitig mehrere Anwendungen zugreifen und es können Komponenten so sehr effizient auf andere Anwendungen oder Anwender übertragen werden.