„Wir wollen Programmcode und Daten komplett trennen“

Interview: Michael Corban, Chefredakteur elektro AUTOMATION

Gloor: Im Maschinen- und Anlagenbau steckte das Know-how früher vor allem in der Mechanik. Heute wird dagegen die Software immer wichtiger, sie deckt immer mehr Funktionalitäten ab, weswegen auch die Frage der Datenbankanbindung an Bedeutung gewinnt. Nach wie vor ist es aber so, dass eine clever konstruierte Maschine auch die Softwareprogrammierung vereinfacht – am Ende alles nur per Software ‚hinzubiegen‘, ist schwierig. Deswegen empfehlen wir, frühzeitig Kontakt mit uns aufzunehmen. Taktzeitprobleme lassen sich beispielsweise mit einer durchdachten ergonomischen Konstruktion schon im Vorfeld vermeiden.

Gloor: Ausgangspunkt war, dass uns die Verbindung von SPS und Datenbank mit den gängigen, auf dem Markt verfügbaren Tools zu starr war. Man braucht dazu immer ein in einer Hochsprache geschriebenes Zwischenprogramm – was einen entsprechenden Programmieraufwand nach sich zieht – sowie einen OPC-Server. Auch bezüglich der Geschwindigkeit entsprach diese Lösung nicht unseren Vorstellungen. Deswegen haben wir uns zur Entwicklung der SQL4automation-Software entschlossen, zumal wir konzeptionell einen Datenbankbasierten Ansatz bevorzugen.

Gloor: In vielen Industrieprojekten ist die Datenbank nicht der zentrale Baustein. Da wird zwar Vieles programmiert, aber die Frage der Anbindung an die Firmendatenbank erst danach behandelt. Wir sehen das genau anders herum: Die Datenbank ist eigentlich das zentrale ‚Datengefäß‘, weswegen wir sie an den Beginn unserer Arbeit stellen. Die Idee dahinter ist, Programmcode und Daten komplett zu trennen. Bauteil- beziehungsweise Werkstückdaten liegen also in der Datenbank und SPS oder Robotersteuerung holen sie sich aus eben dieser Datenbank. Der Vorteil dieses Konzeptes ist: Daten müssen nicht mehrfach eingegeben werden, Backups werden leichter und die Datenkonsistenz ist sichergestellt.

Gloor: Exakt. Der Programmcode ist deswegen so flexibel gestaltet, dass sich über die Parameter verschiedene Schraubaufgaben abarbeiten lassen. Anzugsmomente oder die Anzahl der Wiederholungen sind also in der Datenbank abgelegt. Der Clou ist, dass sich der gesamte Ablauf des Montageprozesses über die Datenbank konfigurieren lässt. Konkret: Der Fahrbefehl für den Roboter steckt nicht in der Datenbank, sehr wohl aber Montageprozesse der Art ‚1. Maschine entladen, 2. Bauteil greifen, 3. Einpressen…‘, wobei die jeweils relevanten Parameter individuell aus der Datenbank eingelesen werden.

Gloor: Da wir aus der Steuerung heraus mit SQL-Befehlen den vollen Zugriff auf die Datenbank haben, könnte man damit auch direkt Programmcode laden. Bislang haben wir das aber in unseren Projekten noch nie gemacht. Der damit verbundene Aufwand ist noch zu hoch und auch seitens der Kunden wird das bislang nicht gefordert. Prinzipiell möglich ist das aber.

Gloor: Für mich ist der OPC-Server gut, wenn beispielsweise eine Variable in Echtzeit visualisiert werden soll, also SPS und Visualisierung miteinander kommunizieren müssen. Auf diese Weise kann die Steuerung auch in Echtzeit auf das Drücken eines Buttons am HMI reagieren. In unseren Anwendungen geht es aber viel häufiger darum, Parameter aus der zentralen Datenbank abzurufen oder entsprechende Werte wieder zurückzuschreiben. Hier sind wir der Meinung, dass die Steuerung genügend Intelligenz besitzt, um ohne zusätzliches Hochsprachenprogramm die Daten aus der Datenbank abzurufen oder in sie zu schreiben, zumal dabei nicht zwingend Echtzeitanforderungen erfüllt werden müssen.

Gloor: Natürlich, einerseits die TCP/IP-Kommunikation, die mittlerweile praktisch jede Steuerung beherrscht und andererseits ODBC – Open Database Connectivity – als standardisierte Datenbankschnittstelle. Auf diese Weise bin ich zudem viel flexibler bezüglich der Frage, welche Variable ich aus der Steuerung heraus in einen Datensatz schreibe, was nicht zuletzt einen Zeitgewinn erlaubt.

Gloor: Stellen wir uns vor, wir müssten eine Punktewolke aus der Datenbank laden – neben Koordinaten beispielsweise noch zugehörig Winkel und Geschwindigkeiten. Dann entstehen relativ schnell große Datenmengen, die sich mit SQL4automation in einem Rutsch übertragen lassen. Nutze ich dazu alternativ OPC, erfolgt die Übertragung seriell Punkt für Punkt, was zeitaufwändiger ist. Mit SQL4automation lassen sich dagegen verschiedene Parameter beliebig zusammenpacken und in der Steuerung dann richtig interpretieren.

Gloor: Als Service, genau; teilweise handelt es sich auch um Open-Source-Bibliotheken. Diese erleichtern die Verbindung zu den Steuerungen, der Anwender muss dann nur noch per SQL Daten abfragen oder schreiben. Dieses Angebot wird zudem laufend erweitert. Aktuell haben wir etwa in einem Projekt auch die 1500er und 1200er Steuerungen von Siemens adressiert. SQL4automation Connector selbst läuft als Dienst unter Windows oder Linux und verfügt über ein Konfigurationstool, mit dem sich die Verbindung zwischen Datenbank und Steuerung konfigurieren lässt. Das sind etwa zehn Parameter wie Benutzername und Passwort sowie Schnittstelle, über die Anfragen ankommen, IP-Adresse und Port. Das alles muss ich aber nur einmal konfigurieren – unabhängig von den Daten, die ich dann abfrage. Dazu werden übrigens keine Hochsprachenkenntnisse benötigt, so dass sich das sehr einfach handhaben lässt.

Gloor: Ein interessantes Beispiel ist eine Anlage zur Montage von Sicherungen auf Leiterplatten, die von der Insys Industriesysteme AG aus Münsingen nahe Bern für einen ihrer Kunden gebaut wurde. Warum SQL4automation von Vorteil ist, kann am besten Stefan Keller erläutern, Leiter Steuerungstechnik bei Insys Industriesysteme.

Keller: Die Anlage ist in Zellen unterteilt, welche mit einem Längstransfersystem verbunden sind. In der ersten Zelle werden die Werkstückträger auftrags- und typbezogen bestückt, bevor in zwei parallel laufenden identischen Prozesszellen die Sicherungen mit Löschmittel befüllt werden und beim Montieren der Schmelzleiter verlötet wird. Dabei werden der Füllstand gemessen und der Lötprozess überwacht. In einer vierten Zelle erfolgt dann die Entnahme der Sicherungen vom Werkstückträger und jede Sicherung wird vor dem Ablegen in einen Waschbehälter bezüglich des Außenmaßes kontrolliert und eine Widerstandprüfung durchgeführt. Abschließend werden in einer weiteren unabhängigen Zelle die Sicherungen nach dem Waschvorgang nochmals geprüft, bedruckt und in die Endverpackung gelegt. Produzieren lassen sich mit der Anlage verschiedene Sicherungs-Typen, die Montagezeit liegt bei 1,9 Sekunden.

Keller: Jede Zelle wird mit einer unabhängigen SPS gesteuert, in diesem Falle jeweils einer SoftSPS. Alle Prozess-, Auftrags-, Typ- und Maschinendaten sind zentral in einer SQL-Datenbank abgelegt, hier MS SQL Server 2008. Die erste Zelle, in der beladen wird, initialisiert die Aufträge und verheiratet den jeweiligen Werkstückträger mit dem Auftrag. Jede Zelle fungiert anschließend autonom in der Anlage, wobei sie sich beim Einfahren eines Werkstückträgers selbstständig die Produktionsdaten aus der Datenbank holt und anschließend die Prozessdaten dort ablegt. Fehlermeldungen aller Zellen werden übrigens ebenfalls zentral in der Datenbank erfasst und alle Prozessdaten dem übergeordneten IT-System zur Verfügung gestellt.

Keller: Mit der Software von Inasoft ist es uns möglich, mehrere Steuerungen – sowohl SPSen als auch Robotersteuerungen – unabhängig an eine SQL-Datenbank ‚anzuschließen‘. Vorteilhaft ist dabei natürlich die zentrale Verwaltung von Auftrags-, Prozess-, Typ- und Maschinendaten, die auf diese Weise jedem Teilnehmer zur Verfügung stehen. Die Steuerungen selber müssen deshalb nur noch auf den einen, jeweils aktuellen Datensatz zugreifen – wobei sich weitere Daten sehr performant nachladen lassen, etwa bei einem Auftragswechsel oder dem Einlaufen eines Werkstückträgers in die Zelle. Umgekehrt lassen sich natürlich die Prozessdaten genauso einfach erfassen und auf dem SQL-Server ablegen. In der Steuerung können sie dann gelöscht werden, was den Speicherbedarf in der Steuerung massiv reduziert. Jede Steuerung entscheidet selber, wann welche Daten benötigt und somit geladen beziehungsweise gesichert werden. Das große Plus dabei: Eine Erweiterung der Anlage ist mit deutlich weniger Aufwand realisierbar, da die Verbindung primär nur zur Datenbank aufgebaut werden muss und sich auch Querverbindungen unter den Zellen darüber realisieren lassen.

Keller: Exakt, zumal durch die Programmierbarkeit der Datenbank komplexe Datenverarbeitungsaufgaben aus den Steuerungen ausgelagert und mit den Möglichkeiten der Datenbank realisiert werden können. Das übersteigt die Möglichkeiten der Steuerungen in punkto Machbarkeit und Geschwindigkeit um Meilen. Die Zellen beziehungsweise deren Steuerungen beschränken sich damit wieder auf die zentralen Prozessaufgaben und werden dadurch nicht nur einfacher, sondern ebenfalls performanter und flexibler.

Inasoft GmbH

Ruedi Gloor

Geschäftsführer

Nassiweg 4

CH-3421 Lyssach

Tel. +41 79 632 29 16

Inasoft ist Aussteller des Automatisierungstreffs in Böblingen.

Details speziell zur Datenbankanbindung per SQL4automation Connector finden sich unter:

Im April 2011 gründeten Roger Kunz und Ruedi Gloor die Inasoft GmbH mit Sitz im Schweizerischen Lyssach. Insbesondere für den Maschinen- und Anlagenbau bietet das Unternehmen neben der Robotikberatung und Steuerungsprogrammierung (vor allem mit Codesys) auch Softwaredienstleistungen an. Dazu gehört unter anderem der SQL4automation Connector, mit dem sich Roboter- und SPS-Steuerungen direkt mit Datenbanken verbinden lassen.