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Die
Erfindung betrifft ein automatisiertes System zur Steuerung von
Textilmaschinen, enthaltend ein Kommunikationsnetzwerk, eine oder
mehrere Textilmaschinen und Mittel zur Steuerung der Textilmaschinen,
eine oder mehrere Anzeige-/Eingabeeinheiten (HMI – Human
Machine Interface), sowie eine drahtgebundene und/oder drahtlose
Vernetzung zwischen den Textilmaschinen und den HMI-Einheiten.
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Es
ist bekannt Textilmaschinen mittels Steuerung, z. B. einer SPS,
zu steuern. Eine SPS bedeutet Speicherprogrammierbare Steuerung,
im Englischen auch PLC genannt, und stellt eine elektronische Baugruppe
dar, die in der Automatisierungstechnik für Steuerungs- aber auch für Regelungsaufgaben
eingesetzt wird. Wie jeder andere Computer arbeitet die SPS nach
dem EVA-Prinzip, d.h. sie besitzt einen Eingabe-, einen Verarbeitungs-/Logikteil und
einen Ausgabeteil. Die SPS steuert (mit ihren Ausgängen) die
Eingangsdaten eines Industrie-Prozesses und ist zu diesem Zweck
programmierbar. Die Programmierbarkeit erlaubt den Einsatz in verschiedensten
Umgebungen. Die SPS muss nicht zwingend nur steuern, sondern kann
durchaus auch Regelungsfunktionen übernehmen, d.h. Teil von Rückkopplungen
sein. Eine SPS kann z. B. Ein- und Ausgänge für
- – digitale
oder analoge Signale von Sensoren (z. B. Drucksensoren, Temperaturfühler, Endschalter,
Grenztaster, Drehzahlgeber etc.) oder
- – komplexe
Eingänge
wie serielle Schnittstellen (z. B. zur Erfassung von Bedienungsdaten über ein
Panel)
beinhalten.
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Die
Ausgangssignale der SPS sind die Eingangsdaten des Industrie-Prozesses. Die SPS
steuert bzw. regelt in dieser Eigenschaft z. B. ein Relais, Ventile,
Drehzahl eines Motors, etc. Die Ausgangssignale können jedoch
zum (digitalen) Signalaustausch mit anderen Steuerungen genutzt
werden. Bei komplexeren Steuerungen ist auch die serielle Vernetzung
der Komponenten mittels Feldbussystem bekannt.
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Es
ist üblich
das in einer SPS eine sogenannte Anzeige- und Bedieneinheit, enthaltend
z. B. ein Panel, wie Bildschirm oder Touchscreen, Tastatur, Computer-Maus
etc., integriert ist. D.h. der Bedienungs- und Anzeigeteil sowie
der Logikteil der SPS bilden eine physische Einheit. Die Textilmaschinen werden
daher in der Regel vor Ort bedient.
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Mit
der Verbreitung von netzwerkbasiertem Datenaustausch, sei es nun über ein
lokales internes Netzwerk, wie das Web-basierte Intranet, oder sei
es über
ein offenes Netzwerk, wie das Internet, eröffnen sich im Bereich der Steuerung
von Textilmaschinen neue Perspektiven.
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Im
Bereich der Steuerung von Textilmaschinen werden daher zu den herkömmlichen
Steuerungsfunktionalitäten
zunehmend die Funktionalität von
PC's, Netzwerken
und allgemeiner Datentechnik gefordert. Auch Multimedia-Anwendungen sind
in der Steuerungstechnik mittlerweile aktuell. Serviceanleitungen
per Videoclip, Montagebilder, Wartungsanleitungen, Stromlaufpläne etc.
könnten
auf dem Bildschirm einer Maschinensteuerung verfügbar gemacht werden. Ein entsprechendes
Konzept wird in der DE-A-196 15 190 beschrieben.
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Ferner
erlaubt der Einsatz vom Internet neue Ansätze in der Maschinensteuerung.
Erwähnt
sei beispielsweise die Auslagerung von Prozessrechnern ins Intranet/Internet.
Eine Internet/Intranet bezogene Anlagensteuerung kann grundsätzlich auf
verschiedenen Ansätzen
aufgebaut sein. Der Automatisierungsmarkt bietet eine Reihe von
Lösungen
für einen
Prozessdatenzugriff über
das Web, die zur lokalen und entfernten Überwachung, Diagnose und Wartung
in der Produktion dienen.
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Ein
erster Ansatz basiert auf der Prämisse, dass
als Standard-Netzwerk für
die Kommunikation sowie für
die Internet-Technik ausschließlich
Ethernet TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol)
genutzt wird. Sie dient als Kommunikationsstruktur zwischen Elementen
von Automatisierungssystemen. Ausgangspunkt sind ein oder mehrere
lokale Netzwerke auf Basis von Ethernet, in denen Automatisierungsfunktionen
beliebig verteilt sind. Durch den Einsatz der Internet-Technologie können diese
Funktionen teilweise aber nicht komplett ins Internet verlagert
werden. So sind z. B. durch den Einsatz von Web-Servern, HTML, XML
etc. ausgewählte
Funktionen, z. B. Fernwartung über
das Internet realisierbar.
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Ein
zweiter Ansatz basiert auf der Integration von Web-Servern ins Automatisationssystem.
Die in Automatisierungssysteme integrierten Web-Server erlauben
einen einheitlichen Zugriff auf Automatisierungsanlagen mittels
eines Web-Browsers (z. B. Internet Explorer, Netscape Navigator,
Opera).
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Diese
Lösungen
können
z. B. als web-basierte Erweiterungen zu verfügbaren Prozessleit- und -Visualisierungssystemen
(SCADA) oder für
die Bedienung/Beobachtung (HMI – Human
Machine Interface) sowie auch zum Zwecke der Fernwartung für embedded
Web-Controller über
das Internet realisiert sein. SCADA ist die technische Abkürzung für "Supervisory Control
And Data Acquisition".
Unter einem SCADA-System versteht man ein Prozessvisualisierungs-
oder Leitsystem auf dem mehrere Maschinen oder Linien zusammengeschaltet
sind. Typisch für ein
SCADA-System ist z. B. das zentrale Alarmmanagement, die Aufzeichnung
von Daten, die Erstellung von Zeitschaltprogrammen oder der Messaging-Dienst
(z. B. SMS, MMS, E-Mail).
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Embedded
Web-Controller mit browserbasierter Bedienung besitzen in der Regel
nur einen geringen Funktionsumfang, da die erforderlichen Bedien- und Beobachtungssysteme
als HTML-Seiten im Controller selbst gespeichert sind.
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Diese
Lösungen
gehen davon aus, dass die Basisfunktionen einer Automatisierungsanlage
(Signalverarbeitung, Steuerungsfunktionen) lokal auf dem Automatisierungsgerät verbleiben
und weiterhin durch SPS- oder PC-Steuerung,
embedded Controller) realisiert werden. Damit ergeben sich auch
keine prinzipiellen Änderungen
in der Struktur der Automatisierungssysteme.
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Sind
in einem Automatisierungssystem verschiedene, herstellerabhängige Kommunikationssysteme,
wie Ethernet oder Feldbus (PROFIBUS, CANBUS) realisiert, so kann
das Automatisierungssystem auch über
sogenannte OPC Software-Schnittstellen verfügen. OPC steht für "Openess, Productivity,
Collaboration oder "OLE
(Object Linking and Embedding) for Process Control". OPC ist vollständig durch
Software implementiert und verbindet Anwendungsprogramme und Baugruppentreiber über entsprechende
OPC-Treiber auf
einem Computer miteinander. Die Datenzugriff-Schnittstelle wird
z. B. über
sogenannte OPC-Server gebildet. Ein OPC-Server ist ein Rechner,
der Prozessdaten im OPC-Format verarbeiten kann. Er stellt dabei
die Verbindung zu einem bestimmten Kommunikationssystem (Ethernet,
Feldbus), welchem automatisierte Textilmaschinen zugeordnet sind
oder den Zugang zu einer speicherprogrammierbaren Steuerung her. Der
OPC-Client ist Nutzer der Dienste dieser verschiedener Server. Mehrere
OPC-Clients können
dabei einen OPC-Server ansprechen, d. h. der OPC-Server ist in der
Lage, Anfragen von mehreren Clients zu beantworten. Ein OPC-Client
kann beliebig viele OPC-Server nutzen (siehe auch DE-A-100 38 552).
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Das
OPC-Konzept ist ein PC-basiertes System auf denen typischerweise
ein Microsoft Betriebssystem läuft.
Es erlaubt daher eine Verbindung von Applikationen der Fertigungs-
und Verfahrenstechnik mit Business/Office Applikationen. Ferner
wird dank OPC die Herstellerabhängigkeit
bei Hard- und Soft ware aufgelöst,
eine Plug & Play
Konfiguration des Datenaustausches sowie ein Multi-Client Zugriff
und Datendistribution ermöglicht.
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Das
OPC-Konzept lässt
sich selbstverständlich
auch auf Intranet/Internet erweitern, so dass z. B. die Bereitstellung
von Sensor- und Aktordaten eines Automatisierungsgerätes im Intranet/Internet
und Bedienung von Automatisierungsanlagen über das Intranet/Internet ermöglicht wird
(XML/OPC Tunelling over TCP). Dies geschieht hier z. B. mittels
dem sogenannten WAK (Web Access Kit). Dieses enthält flexibel
einsetzbare Scripte bzw. Applets (zur Verarbeitung der Prozessdaten
auf einer Web-Seite), insbesondere Java-Applets (kleine Computerprogramme, die
in einem Web-Browser laufen und in der Programmiersprache Java geschrieben
sind) zum Lesen und Schreiben von digitalen und analogen Prozessvariabeln
einer automatisierten Anlage. Die so über das Intranet/Internet zu
lesenden bzw. zu schreibenden Prozessdaten können durch einen Nutzer in
eigene HTML-Seiten sehr flexibel und einfach über einen HTML-Editor eingebettet
werden. Die Prozessvariabeln selbst sowie ihre im Intranet/Internet
präsentierte
optische Darstellung sind über
die Applet-Parametrisierung in weiten Grenzen festlegbar.
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Ein
dritter Ansatz basiert auf LWA (Lean Web Automation) mit WPS (Web-Programmierbare Steuerung),
welches eine Lösung
für die
verteilte Automatisierung unter Nutzung standardisierter Internet-Technologien
bietet. LWA basiert auf folgenden Vorgaben (siehe auch den Artikel
in "Elektronik – Fachzeitschrift
für industrielle
Anwender und Entwickler" Ausgabe
17/2004, S. 42–46,
auf dessen Inhalt hiermit explizit Bezug genommen wird):
- – im
Internet/Intranet stehen jederzeit praktisch beliebige Rechnerressourcen,
z. B. Web-Server, Web-Client, zur Ausführung von Automatisierungsfunktionen
zur Verfügung;
- – beliebige
Rechner können
als in einem Verbund von web-basierten Automatisierungskomponenten
agieren;
- – Dienste
(Funktionen) zur Erfassung, Verarbeitung, Beeinflussung usw. von
Prozessdaten können
verteilt im Web bereit stehen und bei Bedarf vom jeweiligen Web-Client
genutzt werden.
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LWA
ist ein Ansatz für
Nutzung von bekannten Web-Technologien für die verteilte Automation über das
Internet oder Intranet. Bei der Lean Web Automation werden die Daten
von Aktoren und Sensoren von Automatisierungsgeräten, also die Prozessdaten,
auf einer Web-Plattfom bereit gestellt. Diese Prozessdatenübertragung
wird durch ein Java-basiertes Anwendungsmodell realisiert. Dabei
haben die Web-Clients Schnittstellen zu den Prozessdaten, die von
einem Prozessdaten-Server, einem Proxy-Server, verwaltet werden.
In diesem verteilten Konzept greifen die Web-Clients über das
Netz auf die LWA-Server zu und können
die Prozessdaten mit anderen Web-Seiten verknüpfen.
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Das
Konzept der „schlanken" Webautomatisierung
(LWA) ist demzufolge ein Verfahren zum webbasierten Betreiben von
Automatisierungsgeräten,
welches eine logische Trennung zwischen der Übertragung der Prozessdaten
und deren Verarbeitung auf der Web-Client Seite bzw. Web-Servern
vorsieht. LWA ermöglicht
es den ladbaren Programmcode, der die Verarbeitung von Prozessdaten
im Web-Client durchführt,
separat zu betrachten, unabhängig
vom Entstehungsort oder Übertragungsverfahren
der Prozessdaten.
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Mit
dem LWA-Konzept lassen sich aufgabenangepasste und flexible Lösungen erzeugen.
So muss z. B. für
die Visualisierung von wenigen Prozessdaten im Intranet/Internet
mit gleichzeitigem Zugriff von verschiedenen Standorten kein aufwendiges Prozessvisualisierungssystem
eingesetzt werden, sondern es wird nur eine einfach zu erstellende Web-Seite
mit der angepassten Visualisierungsfunktion als Ressource auf dem
Web-Client (Nutzer-PC) ge laden und ausgeführt. Kern der LWA ist die schnelle,
zuverlässige
und sichere Bereitstellung der Sensor- und Aktordaten einer oder
mehrerer Textilmaschinen bzw. einem Systemverbund von Textilmaschinen,
im Intranet/Internet. Diese Prozessdaten-Übertragung wird z. B. durch
das javabasierte Anwendungsmodell realisiert.
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Es
ist nun Aufgabe vorliegender Erfindung in einer Synthese von den
Möglichkeiten
moderner Kommunikationstechnik mit den Notwendigkeiten der herkömmlichen
Steuerungstechnik eine netzwerkbasierte Steuerung zu schaffen, welche
in ihrem Betrieb effizient, flexibel und zudem besser auf individuelle Kundenwünsche anpassbar
ist, in ihrer Auslegung und Konzeption dem Ingenieur einen grösseren Gestaltungsfreiraum,
d.h. mehr Möglichkeiten
einräumt und
in ihrer Realisierung und ihrem Betrieb wirtschaftlich ist.
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Die
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass wenigstens eine, vorzugsweise sämtliche HMI-Einheiten als "Thin-Clients" ausgebildet sind,
wobei dessen funktionale Ausstattung im Wesentlichen auf die Anzeige
und Eingabe von Daten beschränkt
ist, und die HMI-Einheiten einen wesentlichen Teil der Daten, insbesondere
Software, zur Ausübung
ihrer Aufgaben auf einem entfernten Rechner, insbesondere Server,
abgelegt und von diesem bei Bedarf abrufbar sind.
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"Thin-Client" basiert auf einer
Client-/Server Architektur und bezeichnet hier eine Anzeige-/Eingabeeinheit
(HMI-Einheit) als Endgerät
(Terminal) des Netzwerks, dessen funktionale Ausstattung auf die Ein-
und Ausgabe beschränkt
ist. Dies bedeutet in diesem Zusammenhang jedoch nicht, dass das HMI-Gerät keinen
oder nur einen eingeschränkten Logik-
und Speicherteil mit keiner oder nur geringer Datenverarbeitungskapazität aufweisen
darf, sondern dass das HMI-Gerät
als "Thin-Client" arbeitet bzw. eingesetzt
wird. D.h. das HMI-Gerät
kann z. B. ein Anzeigedisplay mit Eingabeeinheit und minimalen Rechenfunktionen
oder ein vollwertiger PC mit entsprechend leistungsfähiger Rechen-
und Speichereinheit sein. Der Thin-Client bezieht seine Daten möglichst
vollständig
von einem entfernten Rechner (z. B. Server, Web-Server). Er kann
dabei sogar das komplette Betriebssystem von einem entfernten Rechner
beziehen.
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Hierzu
kann der Thin-Client mittels "Remote Desktop
Connection" bzw. "Remote Desktop Web Connection" unter Einsatz einer "Remote Desktop Control
Software" betrieben
werden, wobei die vorgenannten Begriffe kein spezifisches Konzept
bzw. Software bedeuten sollen. Ein solches Konzept kann, wie nachfolgend
detailliert beschrieben, z. B. VNC-Technologie sein, bei welcher
der Thin-Client über
einen VNC-Viewer bzw. einen Web-Browser verfügt, mittels welchem der in
einem Steuerungsrechner virtuell erzeugte Bildschirminhalt wiedergegeben
werden kann.
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Unter
Web-Browser oder Browser ist hier ein Computerprogramm zum Betrachten
von Websites im Internet/Intranet gemeint, welches neben anderen Arten
von Dokumenten und Objekten HTML (Hypertext Markup Language)-Seiten darstellen
kann.
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Der
Betrieb der HMI-Einheit basiert gemäss einer ersten Ausführungsvariante
der Erfindung auf einer VNC (Virtual Network Computing) Software,
bei welcher der Anzeigeinhalt (Bildschirminhalt) auf einem entfernten
Rechner, insbesondere einem VNC-Server oder Web-Server, läuft und
auf den HMI-Einheiten,
beispielsweise mittels eines VNC-Viewers oder eines Web-Browsers, darstellbar ist.
Werden VNC-Server eingesetzt, so werden die Prozessdaten mittels
VNC-Viewer dargestellt. Wird jedoch ein Web-Server (z. B. gemäss einer
Weiterentwicklung des VNC-Konzeptes) eingesetzt, so werden die Prozessdaten
in einem Web-Browser dargestellt.
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Die
Software zur Darstellung der Anzeigeinhalte, wie VNC-Viewer oder
Web-Browser, ist
zweckmäßig auf
den HMI-Einheiten installiert.
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Der
entfernte Rechner ist gemäss
dieser Ausführung
vorzugsweise der Steuerungsrechner (z. B. die SPS) einer Textilmaschine,
auf welchem der VNC-Server bzw. der Web-Server läuft. Eingaben von der HMI-Einheit,
wie Tastaturbefehle, Befehle über
Berührungssensoren,
Mausbewegungen werden entsprechend an den entfernten Rechner gesendet.
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In
einer weiteren Ausführung
des "Thin-Client"-Konzeptes zur Steuerung
eines Anlagenverbundes von Textilmaschinen sollen nicht nur die
HMI-Einheiten von
der Steuerung losgelöst
und über
ein webbasiertes Netz wie Intranet/Internet mit der Steuerung verbunden
sein, sondern, anstatt die automatisierte Textilmaschinen über vor
Ort vorhandene klassische Steuerung, wie SPS bzw. Soft-SPS), zu
steuern, soll das erforderliche Steuerprogramm auch über das
Web (Intranet/Internet) ausgeführt
werden. Bei einer solchen Lösung
benötigt
die zu steuernde Anlage kein Steuerungsrechner vor Ort mehr. Das
erforderliche Steuerungsprogramm wird für die Laufzeit der Anlage aus
dem Web bezogen. Man spricht in diesem Falle auch von WPS (Webprogrammierten Steuerung).
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Dies
kann z. B. mit der Eingangs erwähnten LWA
realisiert werden. Der Web-Client arbeitet hier ausschliesslich über seinen
Web-Browser. Alle erforderlichen Funktionen wie Anlagenbedienung
und -beobachtung, Prozessvisualisierung, Editieren/Update der Steuerprogramme
(SPS-Programme) sowie deren Abarbeitung werden über das Internet/Intranet bzw.
Web per LWA nicht vom Steuerungsrechner, sondern von einem Web-Server
aufgerufen, bezogen bzw. abgearbeitet und auf dem als "Thin-Client" konzipierte Web-Client
geladen. Es versteht sich, dass nicht jeder Web-Client als "Thin-Client" ausgebildet sein
muss, sondern, dass auch ein Web-Client (z. B. ein vollwertiger
PC's mit Speicher-
und Recheneinheit) die Funktion eines Web-Servers ausüben kann, d.h. auf ihm wird
z. B. ein Steuerprogramm abgearbeitet, werden Daten und prozessrelevante
Computerprogramme gespeichert etc.
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Die
Sensor- und Aktordaten der Textilmaschinen selbst sind über WAK
direkt mit dem Internet verbunden. Die Prozessdaten der Textilmaschinen werden
auf einer Web-Plattform bereit gestellt, wobei die Steuerung z.
B. mit einem NET oder Java-basierten Anwendungsmodell ausgerüstet ist,
mittels welchem die Übertragung
der Prozessdaten durchführbar
ist.
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Die
Kommunikation kann sowohl anforderungsbasiert wie auch ereignisbasiert
erfolgen. Nutzt LWA OPC als Schnittstelle zum Prozess, so kommt beispielsweise
das sogenannte WAK for OPC zum Einsatz. Hier wird der Zugriff auf
die OPC-Schnittstelle durch J2OPC (Java for OPC) realisiert. Die
Datenverbindung zwischen Client und Server der verteilten Anwendung
verwendet z. B. das Socket API oder RMI. WAK gibt es jedoch nicht
nur für
OPC-Schnittstellen
sondern auch für
verschiedene embedded Web-Controller. So z. B. für Ethernet-basierte Eingabe-/Ausgabemodule
(Steuerung mit embedded Web-Server und Ethernet-Anschluss).
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Mit
LWA lassen sich mit Internet-Standards neben üblichen Bedien- und Wiedergabeaufgaben auch
reaktionsschnelle Bedienaktivitäten
an Textilmaschinen, Datenanalyse, Prozessüberwachung realisieren. Der
Web-Client arbeitet hier ausschliesslich über seinen Web-Browser. Alle
erforderlichen Funktionen wie Anlagenbedienung und -beobachtung,
Prozessvisualisierung, Editieren der Steuerprogramme (z. B. SPS-Programme)
sowie deren Abarbeitung werden über
das Internet/Intranet bzw. Web per LWA auf den Web-Client (Nutzer-PC)
geladen und dort auch ausgeführt.
Die Sensor- und Aktordaten der Textilmaschine selbst sind über WAK
direkt mit dem Internet verbunden.
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Die
Thin-Clients gemäss
den beiden Ausführungsvarianten
können über herkömmliche
PC's mit Rechner
und Datenspeicher mit dem Netzwerk kommunizieren. Ferner können auch
reine Displays mit Berührungssensoren
zur Dateneingabe, Handhelds, Pocket Computer (PDA-Personal Digital
Assistant), Personal Computer, Notebooks, multifunktionale Mobiltelefone
als Thin-Clients zum Einsatz kommen. Die Web-Clients können dabei
drahtgebunden oder drahtlos (Mobilfunk) mit dem Netz verbunden sein.
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Die
Automatisierungsanlage kann einen Verbund von mehreren Textilmaschinen
sein, welche über
das Netzwerk vernetzt sind. Dies können z. B. mehrere, parallel
geführte
Textilmaschinen des gleichen Typs sein, welche zentral von einem
oder mehreren Thin-Clients aus gesteuert werden können. Die Automatisierungsanlage
kann jedoch auch einer Produktionslinie mit mehreren seriell geführten Textilmaschinen
unterschiedlichen Typs sein. Dies können z. B. nacheinander eine
Spinnmaschine und eine Umspulmaschine sein, wobei das Automatisierungskonzept
auch mehrere solcher, parallel geführten Maschinenpaarungen umfassen
kann.
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Textilmaschinen
(z. B. zur Baumwollverarbeitung) einer Automatisierungsanlage können sein: Öffner, Putzereimaschinen,
Kardiermaschinen, Kämmmaschinen,
Strecken, Flyer, Spinnmaschinen, wie Ringspinn-, Rotorspinn-, Luftspinn-Trichter-Schlaufenspinnmaschinen,
und/oder Umspulmaschinen. Dies zum Verarbeiten von Fasern, insbesondere
Baumwollfasern, Chemiefasern, Wolle, anderweitige Naturfasern oder
Gemische davon.
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Die
Erfindung wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:
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1a–1d bekannte
Konzept einer das Intranet/Internet nutzenden Anlagensteuerung von Textilmaschinen;
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2a–2b VNC-basierte
Anlagensteuerung von Textilmaschinen;
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3 LWA-basierte
Anlagensteuerung von Textilmaschinen.
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1a zeigt
schematisch eine automatisierte Textilmaschine 1 ohne Intranet/Internet-Zugang. Die
Textilmaschine 1 verfügt über eine
Steuereinheit 4, einen Steuerungsrechner 3 (Verarbeitungsteil), eine
HMI-Einheit 2, sowie Aktoren und ggf. Sensoren 5.
Die HMI-Einheit 2 ist hier in die Steuerung integriert
und bezieht ihre Daten vom Steuerungsrechner 3 der Steuerung.
Die Steuerung kann eine SPS-Steuerung sein.
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1b zeigt
schematisch eine bekannte Automatisierungsanlage mit Web-Erweiterung. Eine Textilmaschine 11 verfügt über eine
Steuereinheit 14, einen Steuerungsrechner 13,
eine in die Steuerung integrierte HMI-Einheit 12, sowie
Aktoren und ggf. Sensoren 15. Die Steuerung kann eine SPS-Steuerung sein. Der
Steuerung ist ein Web-Server 16 zugeordnet, welcher eine
Schnittstelle zum Intranet/Internet 17 bildet. Ein oder
mehrere Web-Clients 18 mit ggf.
einem Steuerungsrechner (Recheneinheit) 19 sind über das
Intranet/Internet 17 über
den Webserver 16 mit der Steuerung verbunden. Der Web-Client 18 wird über einen
Web-Browser 20 bedient.
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1c zeigt
schematisch eine bekannte web-basierte Automatisierungsanlage. Eine
Textilmaschine 21 verfügt über eine
Steuereinheit 24 sowie Aktoren und ggf. Sensoren 25.
Die Steuerung kann eine SPS-Steuerung sein. Der Steuerung ist ein Web-Server 26 zugeordnet,
welcher eine Schnittstelle zum Intranet/Internet 27 bildet.
Ein oder mehrere Web-Clients 28 mit einem Verarbeitungsteil
(Recheneinheit) 29 sind über das Intranet/Internet 27 über den
Webserver 26 mit der Steuerung verbunden. Der Web-Client
wird über
einen Web-Browser 30 bedient. Die Steuerung enthält hier
keinen Steuerungsrechner mehr. Die Datenverarbeitung geschieht hier
auf dem Verarbeitungsteil des Web-Clients 28 oder eines über das
Intranet/Internet zugänglichen
Web-Servers, wobei aus Gründen
der Betriebssicherheit auf autonome Einheiten geachtet wird.
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1d zeigt
schematisch das OPC-Konzept mit WAK-basierter Web-Erweiterung. Ein
in einem Webserver 36 integrierter OPC-Server 33 einer
automatisierten Textilmaschine 31 dient als Diensterbringer
zum Zugriff auf Prozessdaten einer Textilmaschine 35. Der
Zugang 34 zu den Prozessdaten kann z. B. über Ethernet
oder ein Feldbussystem gewährleistet
sein. Der Zugang 34 kann auch direkt zu einer speicherprogrammierten
Steuerung sein. Ein J2OPC-Wrapper (Java to OPC) 32 dient
dem Aufbau einer TCP/IP-Portverbindung
zwischen Webserver 36 und Web-Client 38. Ein WAK-Applet
ist über
einen HTML-Editor in einer Web-Seite eingebettet. Die durch den
Web-Client 38 über
das Internet/Intranet 37 zu lesenden oder zu schreibenden
Prozessdaten werden somit den HTML-Editor in eigene HTML-Seiten 40 eingebaut.
Die Prozessvariabeln selbst sowie ihre im Internet/Intranet präsentierte
optische Darstellung werden über
die Applet-Parametrisierung festgelegt. WAK erlaubt auch eine ereignisgesteuerte Benachrichtigung
des Nutzers, z. B. in Form einer Alarmierung. Solche Lösungen können z.
B. auch mit "NET"-Technologien realisiert
werden.
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2a zeigt
schematisch ein eine netzwerkbasierte Anlagensteuerung gemäss der ersten
Ausführungsvariante
mit sogenannten "Thin-Clients" auf VNC-Technologie.
Textilmaschinen 51a, 51b, 51c mit Steuerungen 52a, 52b, 52c (z.
B. SPS-Steuerungen) sind über
ein LAN (Ethernet, TCP/IP) 54 miteinander vernetzt. Das
LAN 54 kann ggf. auch eine Schnittstelle zum Internet ausbilden,
so dass die entsprechende Bedienung auch übers Internet möglich ist.
Die Steuerungen 52a, 52b, 52c umfassen
Sensoren/Aktoren 63a, eine Steuereinheit 64a,
einen Verarbeitungs-/Logikteil 62a sowie einen VNC-Server 61a.
An das LAN 54 sind "Thin-Clients" 56, 57 oder
auch "Very Thin-Clients" genannt angeschlossen.
Dies können
sein, Anzeigedisplays (Panele) 57 mit Eingabeteil (Tastatur,
Maus, etc.) oder Touchscreen-Bildschirm, ferner (multifunktionale)
Handhelds, Pocket Computer (PDA-Personal Digital Assistant), Personal
Computer, Notebooks, multifunktionale Mobiltelefone 56,
etc. Gemäss
VNC-Technologie erzeugt der Steuerungsrechner 52a "virtuell" den Bildschirminhalt,
da die Steuerung selbst keine HMI-Einheit zur Visualisierung der
Prozessdaten enthält.
Der vom Steuerungsrechner aufbereitete Bildschirminhalt wird auf
den "Thin-Clients" über einen lokal auf der HMI-Einheit laufenden
VNC-Viewer reell angezeigt. Über
die HMI-Einheit können
im Gegenzug Eingaben, wie Tastatureingaben, Mausbewegungen, Berüh rungsimpulse
vom Thin-Client zum Steuerungsrechner gesendet werden. Der Datenverkehr
mit den Thin-Clients kann drahtgebunden oder drahtlos (z. B. über Mobilfunk)
erfolgen. Auf diese Weise arbeitet man mit dem Thin-Client als säße man direkt
an der Anlagensteuerung, resp. direkt an der Maschine.
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In
einer erweiterten Version von VNC werden anstelle von VNC-Server
Web-Server verwendet,
so dass der Zugriff auch ohne Clientsoftware VNC-Viewer über einen
Web-Browser möglich
ist.
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Für eine sichere
Datenübermittlung
kann eine verschlüsselte
Authentifizierung und Datenverbindung angewendet werden. Ferner
ist auch ein Tunneling (Kapseln) über ein sicheres Netzwerkprotokoll
wie z. B. SSH (Secure Shell) mittels Port Forwarding.
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An
die Hauptsteuerung 52a können ferner Substeuerungen 58 angeschlossen
sein, welche beispielsweise ein untergeordnetes System steuert (Faserreinigungsstufe,
Qualitätsmanagementsystem etc.).
Die Prozessdaten der Substeuerung 58 werden in diesem Fall
in der Hauptsteuerung virtuell dargestellt und über das Netzwerk an ein VNC-Panel
gesendet. Das VNC-Panel 71 (2b) stellt
dann die Datenstruktur 72 der Substeuerung ggf. mit Touchscreenfunktionen
(Menu-Bedienung) in einem Bildschirmausschnitt der Hauptsteuerungsdatenstruktur 73 dar.
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Substeuerungen
müssen
nicht zwingend über
die Hauptsteuerung geführt
sein, sondern können
auch über
entsprechende Schnittstellen direkt ans LAN angebunden werden. Dazu
müssen
jedoch mehr Schnittstellen zur Verfügung gestellt werden. Die Substeuerungen
arbeiten in diesem Fall unabhängig
mittels SPS. Die Datenstrukturen der Substeuerung werden in der
Substeuerung selbst virtuell abgebildet und können über einen VNC-Viewer oder Web-Browser
auf den HMI-Geräten
wiedergegeben werden.
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Die
HMI-Einheit ist bevorzugt als Panel bzw. Display in Form eines Touchscreen
bzw. Sensorbildschirms für
die Anzeige und Eingabe von Daten ausgebildet. Das Netzwerk, an
welches die HMI-Einheiten angebunden sind oder werden können ist
bevorzugt ein LAN (Local Area Network), ausgerüstet mit Ethernet Vernetzungstechnologie
und einer TCP/IP Kommunikationsstruktur.
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Der
Steuerungsrechner kann ferner weitere, nicht prozessbedingte Daten,
wie Bedienungsanleitungen, Maschinenpläne etc. (z. B. als PDF-File
oder HTML-Dokument) aufrufen und diese zusammen mit den Prozessdaten über VNC
zur Verfügung
stellen. Die nicht prozessrelevanten Daten brauchen nicht zwingend
auf dem Steuerungsrechner abgelegt zu sein, sondern können vom
Steuerungsrechner von einem im Netz stehenden Server über das
Netz aufgerufen werden. Die Darstellung von Text kann z. B. mittels
HTML, die Übermittlung
von Dateien mittels FTP und von E-mails (Fehlermeldungen, Warnungen,
Informationen) mittels SMTP erfolgen.
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Bei
diesem Ansatz liegt der zentrale Punkt darin, dass sämtliche
Daten, wie Prozessdaten der Hauptsteuerung, der Substeuerung und
prozessunabhängige
Daten, wie Bedienungsanleitungen oder Pläne, durch den Steuerungsrechner
aufbereitet und virtuell dargestellt und mittels VNC-Technologie durch
die "Thin-Clients" abgerufen und wiedergegeben
werden können.
D.h. der Steuerungsrechner betreibt die Verarbeitung der Prozessdaten
und zwar sowohl zur Prozessdatenvisualisierung als auch zur Abarbeitung
von Steueralgorithmen. Der Steuerungsrechner hat hier sowohl eine
Host- bzw. Server-Funktion
wie auch eine "virtuelle" Client-(Browser)-Funktion,
indem die Datenstruktur wie auf einem Client abgebildet (virtuell)
und mittels VNC auf einem "Thin-Client" reell wieder gegeben
wird.
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Es
ist auch denkbar, dass der Steuerungsrechner einer Textilmaschine
aufgrund zu geringer Rechnerkapazitäten gewisse ressourcenintensive Berechnungen
durch einen externen Rechner z. B. einen externen Server bzw. ei nem
Steuerungsrechner einer anderen Textilmaschine aus demselben Netz,
durchführen
lässt.
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Die
beschriebene netzwerkbasierte Steuerung ermöglicht eine Bedienung über HMI-Einheiten die
unabhängig
von der Software ist. Eine Softwareänderung an einer Steuerung
hat hier (z. B. im Gegensatz zu einer Verbindungsprogrammierten
Steuerung (VPS)) keine Auswirkungen auf das HMI-Gerät oder andere
Steuerungen oder Substeuerungen. Das HMI-Gerät enthält zweckmässig keine maschinenabhängige Applikationsprogramme,
sondern lediglich eine Präsentationsschicht
(VNC-Viewer, Browser) zur Darstellung von Prozessdaten und Eingabe
von (Steuer-) Befehlen. Das HMI-Gerät kann ein Betriebssystem,
eine Browsersoftware (z. B. Internet Explorer) sowie Bedienungssoftware
bzw. Software zur Maschinenadressierung enthalten. Das HMI-Gerät ist also
als passiver Browser ausgebildet.
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Das
HMI-Gerät
kann theoretisch an der Maschine angeordnet sein, arbeitet jedoch
nicht mehr nach festverdrahteter Logik, sondern ist über eine entsprechende
Schnittstelle bei der Maschine ans LAN angeschlossen. Entsprechend
kann das HMI-Gerät
auch außerhalb
des Anlagebereiches ans LAN angeschlossen sein. Möglich sind
auch mobile HMI-Gerät,
die von einer beliebigen Ort drahtgebunden oder drahtlos ans LAN
angeschlossen werden können.
Ferner ist eine Erweiterung vom LAN aufs Internet über entsprechende
Zugänge
auch möglich, so
dass HMI-Einheiten auch von außerhalb
des LAN's über Internet
an die Anlagensteuerung angeschlossen werden können.
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3 zeigt
eine automatisiertes System 70 mit einer netzwerkbasierten
Steuerung von Textilmaschinen 124, 134 gemäss einem
LWA-Konzept mit einer WPS anstelle von SPS. Die Anlage 70 umfasst eine
erste Textilmaschine 124, welcher ein Prozessdaten-Server
(PD-Server) 121 mit einem Prozessdaten-Interface 123 als
Schnittstelle zur Textilmaschine 124 sowie einem Proxy-Server 122,
welcher z. B. als eigenständige
Java-Anwendung, die auf dem PD-Server ausgeführt wird, realisiert ist, als
Schnittstelle zum Netzwerk 140. Der PD-Server 121 kann ferner
einen Web-Server mit Speicher umfassen (nicht gezeigt), auf welchem
z. B. der Programmcode des (z. B. javabasierten) Proxy-Schnittstellenanwendungsmodelles
gespeichert und z. B. von Web-Clients 91, 101, 111 (HMI-Einheiten)
abrufbar ist. Der PD-Server 121 ist
bevorzugt in die Textilmaschine 124 integriert. Er kann
jedoch auch ausserhalb der Textilmaschine platziert und über entsprechende
Leitungen mit der Textilmaschine verbunden sein. Das Netzwerk 140 hat
eine TCP/IP-Kommunikationsstruktur und ist z. B. als LAN ausgebildet.
Die Anlage umfasst ferner wenigstens einen Prozessdatendienst-Server
(PDD-Server) 71, 81 unter
anderem zur Verarbeitung von Prozessdaten im Sinne der Abarbeitung
von Steueralgorithmen. Der dazugehörige Programmcode ist auf dem
PDD-Server 71 gespeichert. Ferner ist auf dem PDD-Server 71 Programmcode
zur Aufbereitung von Prozessdaten im Sinne von Visualisierung in
einem Web-Client 91, 101, 111 abgelegt.
Der PDD-Server 71, 81 kann ein reiner Rechner
sein oder selbst auch als Web-Client agieren, z. B. als Personal
Computer. Die Datenübertragung
benutzt gängige
Internet-Übertragungsprotokolle
wie z. B. TCP/IP, UDP, FTP.
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Bei
diesem Ansatz findet eine logische Trennung zwischen Übertragung
der Prozessdaten vom PD-Server ins Netz und deren Verarbeitung auf
dem Web-Client 91, 101, 111 (anzeigerelevante
Prozessdatenverarbeitung) oder PDD-Server 71, 81 (steuerungsrelevante
Prozessdatenverarbeitung) statt.
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Die
Visualisierung erfolgt auf den mit dem Netzwerk verbundenen Web-Clients 91, 101, 111 mittels
Web-Browser 93, 103, 113 (Internet Explorer, Netscape,
Opera, etc.). Der Web-Client 91 101, 111 ist über einen
Proxy-Client 94, 104, 114,
welcher z. B. über
ein Java-Applet realisiert ist, mit dem Netzwerk 140 verbunden.
Der Programmcode zur Ausführung von
Bedien- und Beobachtungsfunktionen
bzw. zur Prozessdaten-Visualisierung wird von einem oder mehreren
PDD-Server 71, 81 aufgerufen und auf dem Web-Client 91 ausgeführt. Diese
Programmcodes können
z. B. in einen Cache- Speicher
des Web-Clients 91 geladen werden. Es ist auch möglich, dass
diese Programmcodes auf einem Festspeicher des Web-Clients 91 gespeichert
und nur zum Zwecke eines Updates vom PDD-Server 71, 81 herunter
geladen und aktualisiert bzw. ergänzt werden. Es ist ferner auch
möglich,
dass der Web-Client 91 neben der Realisierung von Bedien-
und Beobachtungsfunktionen auch Prozessdatenverarbeitung zur Steuerung von über das
Netz angeschlossenen Textilmaschinen ausübt. Im Sinne eines Thin-Client-Konzeptes soll jedoch
möglichst
wenig ausführbarer
Programmcode auf Seite des Web-Client 91 gespeichert und
Datenverarbeitung ausgeführt
werden. Programmcodes sowie die Prozessdatenverarbeitung soll möglichst aus
dem Netz bezogen werden. Insbesondere sollte die Prozessdatenverarbeitung
zur Steuerung der Textilmaschinen 124, 134 vorteilhaft
ausschliesslich auf den PDD-Server 71, 81 stattfinden,
wobei diese letztendlich Steuerbefehle von den Web-Clients 91 entgegennehmen
und ausführen.
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Der
Programmcode, welcher vom Web-Client 91 zur Ausübung seiner
Anzeige- und Eingabefunktionen vom PDD-Server 81 webbasiert
geladen und auf dem Web-Client 91 ausgeführt wird,
kann z. B. ein in einer ECMAScriptkonformen Programmiersprache (z.
B. JavaScript, Jscript) erstelltes Makro, ein Java-Applet oder ein
anderes Webobjekt (ActiveX-Objekt, XML-Objekt, NET-Webdienst) sein.
Die Kommunikation zwischen Web-Client 91 und PDD-Server 81 erfolgt
sowohl anforderungsorientiert als auch ereignisgesteuert, z. B. über die
Programmierschnittstelle (Script-API). Die Prozessdaten können im
Web-Client mit allen Fähigkeiten
einer HTML-Programmierung dargestellt werden (HTML, Scriptsprachen,
Flash, Java-Applets, VRML-Modelle, SVG-Grafik
etc.).
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Die
Anzahl Web-Clients 91, 101, 111, welche die
HMI-Geräte
einer Anlagensteuerung definieren ist unbeschränkt. Web-Clients 91 können herkömmliche
PC's sein. Ferner
sind auch mobile Handhelds 101, einfache Panels 111 oder
andere bereits vorgenannte HMI-Geräte möglich. Die Web-Clients 91, 101, 111 können drahtgebunden
oder drahtlos ans Netzwerk angeschlossen sein. Mobile HMI-Geräte können z.
B. über
Mobilfunk mit dem Netzwerk verbunden werden. Das Netzwerk kann ein
abgeschlossenes Intranet sein oder vollständig ins Internet integriert
sein. Vorzugsweise ist Netzwerk ein Intranet (LAN) mit einem oder
mehreren Schnittstellen zum Internet, über welches HMI-Geräte von ausserhalb der
Intranet-Abdeckung auf die automatisierte Anlagensteuerung Zugriff
erhalten.
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Die
PDD-Server 71, 81 sind bevorzugt von den Textilmaschinen 124, 134 physisch
unabhängig konzipiert.
Sie können
von beliebigen Orten ans Intranet/Internet angeschlossen sein. Die
PDD-Server 71, 81 sind bevorzugt ins LAN integriert.
Die Funktionen des PDD-Servers (Bereitstellung der Programmcodes,
Prozessdatenverarbeitung (Prozessdatenvisualisierung, Abarbeitung
von Steuerbefehlen)) können
jedoch auch von gewöhnlichen
am Kommunikationsnetz (z. B. Internet) angeschlossenen Serverrechnern
(z. B. Web-Servern), die nicht Teil des LAN sind, ausgeführt werden.
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Die
PD-Server 121, 131 sind bevorzugt physisch den
Textilmaschinen zugeordnet bzw. in diese integriert und über entsprechende
Schnittstellen mit ihnen verbunden. Sie können jedoch auch getrennt von
den Textilmaschinen betrieben werden.
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Es
ist auch möglich,
dass analog zum Ausführungsbeispiel
gemäss 2, die Prozessdatenverarbeitung (Abarbeitung
von Steuerbefehlen und Prozessdatenvisualisierung) vollständig auf
den PDD-Server stattfindet und die Daten dort auch "virtuell" dargestellt und
mittels "Remote
Desktop Connection" bzw. "Remote Desktop Web
Connection" unter
Einsatz einer "Remote
Desktop Control Software", z.
B. VNC-Technologie, auf den Web-Clients reell wiedergegeben werden.
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Das
vorliegende Konzept der zweiten Ausführungsart weist den Vorteil
auf, dass wenn viele PD-Server 121, 131 bzw. Textilmaschinen 124, 134 des
gleichen Typs bzw. der gleichen Prozessstufe (z. B. Spinnmaschinen)
am Netzwerk 140 angeschlossen sind, eine Wartung und Änderung
der jeweiligen Programmcodes sehr einfach und effizient an nur einer
Stelle im PDD-Server 71 durchgeführt werden kann.
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Enthält eine
Anlage Textilmaschinen unterschiedlichen Typs bzw. unterschiedlicher
Prozessstufen (z. B. Spinnmaschinen und Umspulmaschinen), so können die
(Anbieter-) spezifischen Programmcodes der einzelnen Textilmaschinentypen auf
verschiedenen PDD-Servern 71, 81 abgelegt bzw.
betrieben werden und von diesen auf den Web-Client 91 geladen
werden. Die verschiedenen Anbieter können dann ihre Programmcodes
auf den entsprechenden PDD-Servern 71, 81 unabhängig pflegen
und weiterentwickeln.
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Bezüglich Systemsicherheit
sind auch entsprechende Sicherheitsfunktionen für die Datenkommunikation und
Verwaltung, wie verschlüsselter
Datenverkehr, Benutzerauthentifizierung bzw. geregelte Zugriffsrechte,
Erstellung von Log-Dateien zum Protokollieren des Datenverkehrs,
Zugriffe und Fehlermeldungen, Sicherungsprogramme bei unkontrolliertem
Verbindungsabbruch etc. verfügbar.
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Über eine
solche vernetzte Steuerung gemäss
den Beispielen aus 2 und 3 kann
mittels unabhängigen
VNC- bzw. Web-basierten HMI-Geräten
Ferndiagnose, Fernwartung, externe Expertenhilfe am Kunden, Alarmdispositive
oder allgemein Maschineneinstellung und -Steuerung sowie Prozessdatenauswertung
und Qualitätsmanagement betrieben
werden.
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Der
Vorteil einer solchen vernetzten Steuerung liegt darin, dass die
Steuerung einer mit verschiedenen Prozessstufen (z. B. Karde, Flyer,
Spinnmaschine) ausgerüsteten
Textilfabrik maßgeblich vereinfacht
wird. Zudem stehen in einer Textilfabrik (z. B. Spinnerei) die Anzahl
Mitarbeiter in einem ungünstigen
Verhältnis
zur Anzahl Maschinen, so dass alleine aufgrund dieser Tatsache es
das Ziel ist, mehrere Maschinen über
ein und dasselbe VNC- oder Web-basierte
HMI-Gerät
zu bedienen und zu überwachen.