HMI-Systeme: Einfacher Projektieren durch strukturierte Variable Hilfsbereiter Hexenmeister - KEM

HMI-Systeme: Einfacher Projektieren durch strukturierte Variable

Hilfsbereiter Hexenmeister

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Der Nutzen von HMI-Systemen liegt in der zentralen Bedien- und Beobachtbarkeit von Produktionsprozessen. Zu diesem Zweck müssen Bilder erstellt werden, die die Anlage darstellen. In einer Anlage kommen gleichartige Prozeßobjekte, wie zum Beispiel Motoren, Pumpen, Regler oder Ventile typischerweise mehrmals vor.

Der Autor Dipl.-Math.(Univ) Klaus Pechmann ist Mitarbeiter der Siemens AG, Bereich Automation & Drives, Nürnberg-Moorenbrunn

Bausteintechnik
Die Grundidee zur Reduzierung von Projektierungskosten ist, Funktionen, die immer wieder gleichartig eingesetzt werden, einmal zu erstellen und dann bei jeder Verwendung mit eigenen Daten arbeiten zu lassen, siehe Bild 1. In WinCC gibt es mehrere Möglichkeiten dazu. Es gibt frei definierbare Anwenderobjekte, Bild-in-Bild-Technik und die Einbindung von OLE Controls in ein WinCC-Bild. Allen gemeinsam ist, daß sie auf Daten arbeiten, die in der WinCC data base, dem Datenmanager, als Variablenstruktur vorliegen.
Strukturierte Variablen
In einer Anlage kommen typischerweise Prozeßobjekte wie Motoren, Ventile, Pumpen etc. nicht nur einmal, sondern mehrfach vor. So können zum Beispiel 10 Motoren vom Motortyp_A und 20 Motoren vom Motortyp_B vorkommen.
WinCC bildet solche Zusammenhänge auf Variablen mit strukturiertem Datentyp ab. Das heißt, alle Daten, die die Zustände der Motoren vom Motortyp_A zeigen, werden in einem frei wählbaren Set von Variablen in Form einer Datenstruktur definiert.
Das kann zum Beispiel sinngemäß so aussehen:
Struktur Motortyp_A
WORD .Solldrehzahl
WORD .Istdrehzahl
BIT .Betriebszustand
BIT .Störzustand
Vergleichbar können für den Motortyp_B und alle anderen Prozeßobjekttypen die jeweils typischen Größen in einer beschreibenden Struktur festgelegt werden.
Eine Größenbegrenzung gibt es de facto nicht, es können auch größere Strukturen, wie sie beispielsweise bei Reglern mit 50 oder 70 beschreibenden Variablen vorkommen, so zusammengefaßt werden.
Ist die Datenstruktur zu einem Prozeßobjekttyp festgelegt, können die konkreten Daten zu den einzelnen Prozeßobjekten angelegt werden, die sogenannten Instanzdaten.
Um dies zu erreichen, genügt es, sinngemäß den Befehl einzugeben: „Lege Variable Motor1 neu an, und zwar vom Datentyp Motortyp_A”
Für „Motor1” des Motortyps_A:
Struktur Motortyp_A
WORD Motor1.Solldrehzahl
WORD Motor1.Istdrehzahl
BIT Motor1.Betriebszustand
BIT Motor1.Störzustand
für „Motor2” des Motortyps_A:
Struktur Motortyp_A
WORD Motor2.Solldrehzahl
WORD Motor2.Istdrehzahl
BIT Motor2.Betriebszustand
BIT Motor2.Störzustand
und so fort.
WinCC Anwenderobjekte
Die WinCC-Bilderstellung erlaubt es, aus Grafikobjekten, wie Linie, Kreis, EA-Felder, Balken etc. eigene Objekte zu bilden, indem man eine Menge davon zusammenfaßt. Man kann nun aus den Eigenschaften der Unterobjekte gezielt diejenigen an die Oberfläche führen, die für die Parametrierung interessant sind. So können grafisch hochkomplexe Objekte entstehen, die aber trotzdem eine übersichtliche Parametrieroberfläche haben.
Wie an vielen anderen Stellen kann ein Projektierungsassistent gestartet werden, der die Parameter eines Anwenderobjektes mit einem Datenstrukturtyp vornimmt. Das Ergebnis ist ein auf den Typ vorverbundenes Anwenderobjekt für die Bibliotheksablage, siehe Bild 2.
Von dort kann dieses beliebig oft und in beliebigen Bildern plaziert werden. Beim Plazieren braucht die Kopie nur noch den Namen eines konkreten Prozeßobjektes. Ein weiterer Wizard bietet dazu alle Prozeßobjekte an, für die bereits ein Datensatz projektiert wurde. Beispielsweise kann ein Anwenderobjekt, das als Faceplate zum Motortyp A definiert wurde, nun konkret mit den Daten von Motor1 verbunden werden, siehe Bild 3.
Bild-in-Bild-Technik
In Teilbereichen eines WinCC-Bildes lassen sich weitere Bilder einblenden. Man stelle sich nun ein “Vaterbild” vor, in dem ein und dasselbe “Sohnbild” mehrfach eingeblendet ist. Jedes der gleichen Sohnbilder arbeitet im Runtime mit eigenen Daten. Jede Projektierungsänderung am Sohnbild wirkt sich automatisch auf alle Einblendungen im Vaterbild aus. Ziel dieser Technik ist die zentrale Änderbarkeit von Bildanteilen, die immer wieder gleichartig vorkommen und ein mühsames Nachziehen von Änderungen an vielen Stellen überflüssig macht, siehe Bild 4.
Die Erstellung erfolgt nach folgendem Muster. Ein Bildanteil, der immer wieder in Vaterbildern eingebaut werden soll, wird selbst als ganz normales Bild erstellt. Es ist in seinen Ausmaßen typischerweise kleiner als die Bildschirmgröße. Neben dem grafischen Layout kann die Skriptverarbeitung in diesem Bild formuliert werden. Jene adressiert indirekt, damit das Bild später mit verschiedenen Datensätzen arbeiten kann. Das Sohnbild erhält in der Projektierung die Information, welche Grafikobjekteigenschaft mit welcher Strukturvariable versorgt werden soll, sinngemäß: .Solldrehzahl / EA-Feld1 / Ausgabewert.Istdrehzahl / Balken1 / Prozeßwert.Betriebszstand / Kreis1 / Hintergrundfarbe.Störzustand / Kreis2 / Anzeige
Die Tabelle beschreibt also in der Projektierung die Typverschaltung des Bildes mit der zugehörigen Variablenstruktur. Zur Laufzeit verbindet ein Standardskript – aus den Tabelleninhalten und einem Aufrufnamen – das Bild mit konkreten Variablen, zum Beispiel mit den “Motor1”-Daten beim ersten Aufruf, mit den “Motor2”-Daten beim zweiten Aufruf und so weiter; sinngemäß:Motor1 / .Solldrehzahl / EA-Feld1 / AusgabewertMotor1 / .Istdrehzahl / Balken1 / ProzeßwertMotor1 / .Betriebszstand / Kreis1/HintergrundfarbeMotor1 / .Störzustand / Kreis2 / AnzeigeMotor2 / .Solldrehzahl / EA-Feld1 / AusgabewertMotor2 / .Istdrehzahl / Balken1 / ProzeßwertMotor2 / .Betriebszstand / Kreis1/HintergrundfarbeMotor2 / .Störzustand / Kreis2 / Anzeige
OLE Controls in WinCC-Bildern
Am Beginn der PC-Softwareentwicklung entstanden Anfang der 80er Jahre singuläre Applikationen, die den PC exklusiv benötigten.
Weitere Schritte brachten die applikationsübergreifende Verwendung von Daten, den Simultanbetrieb mehrerer Applikationen und den dynamischen Datenaustausch zur Laufzeit, zunächst rechnerlokal, dann rechnerübergreifend.
Seit einigen Jahren findet ein Prozeß statt, der die Applikation in Bestandteile auflöst, sogenannte Komponenten, die in geschickter Kombination den Applikationszweck verfolgen. Microsoft hat beginnend mit OLE (Object Linking and Embedding) etliche Mechanismen entworfen, die die Komponentisierung von PC-Software stützen.
Während es in der 16-Bit-Welt noch VBX (Visual Basic Controls) gab, sind daraus in der 32-bit-Welt zunächst OCX (OLE Custom Controls) und dann ActiveX- das sind schlanke, kompakte OCX geworden. Sie sind sogenannte OLE Controls, wiederverwendbare, komponentisierte Applikationsanteile, die auch über das Internet kommunizieren können.
WinCC bietet die Möglichkeit, OLE Controls in Grafikbilder direkt einzubinden. Die Projektierungsoberfläche bietet hierzu sogenannte Containerobjekte an, das sind im Prinzip Fenster, in die sich die OLE Controls projizieren.
Die Schnittstelle zu WinCC ist dabei in Form von Eigenschaften und Ereignissen sichtbar, die, wie jedes WinCC-Grafikobjekt auch, dynamisiert werden können.
Faßt man ein oder mehrere OLE Controls zu einem Anwenderobjekt zusammen, hat man zwei Fliegen mit einem Schlag: die direkte Instanziierung des Anwenderobjektes während der Projektierung, die eine schnelle Bildanwahl unterstützt, und die zentrale Änderbarkeit am OLE Control, so wie bei der Bild-in-Bild-Technik.
Wie der Projektierungsaufwand zur Darstellung im HMI-System radikal minimiert werden kann, zeigt das HMI-System Windows Control Center WinCC von Siemens. WinCC erlaubt es, die Visualisierung und Bedienung solcher Objekte mit Hilfe von Bausteintechniken zu standardisieren. Diese ermöglichen eine sehr effiziente Projektierung, da mit jeder Einbindung eines Bausteins dessen Leistung ganz einfach vervielfacht wird.
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