Baukasten für die Evolution von Regelkreisen im laufenden Betrieb auf Basis des eCEDAC Ansatzes

Abstract

In der industriellen Steuerungstechnik zeichnet sich vermehrt die Anforderung ab, dass das Steuerungsprogramm einer Anlage oder Maschine laufend an neue Gegebenheiten angepasst werden muss. Der Grund dafür liegt in der flexiblen Fertigung von variantenrei-chen Produkten innerhalb einer Anlage, wobei Stillstandszeiten bei Änderungen zu ver-meiden sind. Oder aber auch einfach zur Behebung bestehender Fehler im Steuerungspro-gramm oder zur Optimierung der Produktionsabläufe.<br />Grundlage für solche Rekonfigurationen am Steuerungsprogramm ist eine entsprechende Laufzeitumgebung, aber auch die Methodik zur Modellierung solcher Änderungen im laufenden Betrieb ist von entscheidender Bedeutung.<br />Das [epsilon]CEDAC-Projekt liefert eine sehr mächtige aber komplexe Methode, um eine Rekon-figuration eines Systems im laufenden Betrieb zu beschreiben und durchzuführen. Davon ausgehend wurde in dieser Arbeit versucht, für den Anwendungsfall der Rekonfiguration von Regelkreisen, die Nutzung dieser Methode durch einen Baukasten zu vereinfachen.<br />Dahinter steht die Idee, für wiederkehrende Teilaufgaben der Rekonfiguration Elemente zu entwerfen und diese dem Nutzer in Form eines Baukastens zur Verfügung zu stellen.<br />In den Produktionsanlagen werden an verschiedensten Stellen Regelungen in unterschied-lichster Ausprägung eingesetzt. Im Zuge von Qualitäts- oder Durchsatzsteigerungen kann es notwendig sein, diese im laufenden Betrieb anzupassen. Deshalb beschäftigt sich diese Arbeit mit möglichen Rekonfigurationsmaßnahmen an Regelkreisen, die durch ein IEC 61499 Funktionsblocknetzwerk realisiert wurden. Unter anderem wird der notwendi-ge Ablauf für die Änderung der Zykluszeit des Regelkreises beschrieben, des weiteren der Ablauf um Veränderungen an der Reglerstruktur vorzunehmen. Neben dem zeitkritischen Verhalten spielen bei der Rekonfiguration die internen Zustände der Regler eine wesentli-che Rolle. Daraus ergeben sich wichtige Anforderungen an die Eigenschaften und die Funktionalität der Baukastenelemente, die hier eine detaillierte Betrachtung erfahren und bei der Umsetzung des Konzepts berücksichtigt werden müssen.<br />Die praktische Realisierung des Baukastens und dessen Nutzung wird an Hand einer Re-konfiguration der Lageregelung einer Linearachse demonstriert, wobei für die Erstellung der Rekonfiguration die Baukastenelemente herangezogen werden. Durch die Rekonfigu-ration wird am kaskadierten Regelkreis einer vertikalen Linearachse im laufenden Betrieb der Typ des Reglers getauscht.<br />

In the field of industrial automation systems, a clear trend is visible towards adaptation of the control logic of plants and machines during their operation. The reasons for this are manifold. For instance, within a plant a high number of different products (variants of products) are manufactured simultaneously. If this set of products changes, downtimes need to be avoided. But there exist even more simple reasons for reconfiguration of the plant. If there is a failure in the control logic or some kinds of optimizations are intro-duced, the plant has to be changed during operation. The basis for such a reconfiguration scenario is the runtime environment of the control devices within the plant. But also the methodology of the modeling of such a reconfiguration is an essential issue.<br />The [epsilon]CEDAC-project supplies a very powerful, but complex method for dynamic recon-figuration of a system during operation. This work tries to simplify the use of this method for the special case of closed loop control applications by use of a repository. The idea is to think of recurring subtasks of the reconfiguration, classify these subtasks and create appropriate elements for the repository. The user can use the predefined elements of the repository to prepare a reconfiguration.<br />In the production plants closed loop control are used in diverse places and under different conditions. In the course of quality or throughput increases it can be necessary to adapt these during operation. Therefore this work is focused on possible reconfiguration scenar-ios for closed loop control applications, which are realized by IEC 61499 function block networks. Among other scenarios the required operational sequence for the change of the cycle time of the control loop is described and also the sequence to make changes in the controller structure. Apart from the time-critical behavior, the internal conditions of the automatic controllers play a substantial role during the reconfiguration. The outcomes of this are substantial requirements for the characteristics and the functionality of the reposi-tory elements.<br />The practical realization of the repository and its use is demonstrated with the reconfigura-tion of a linear axis. The reconfiguration itself is prepared with the new elements of the repository. At the cascaded closed loop control application of a vertical linear axis the controller type is exchanged during operation.<br />