Alternative zu virtuellen Instrumenten

Dieser Beitrag präsentiert mit ProfiSignal eine Alternative zu virtuellen Instrumenten und ist in vielen Anwendungsfällen sogar die richtige Antwort. Das von der Delphin Technology AG entwickelte System richtet den Blick weg vom instrumentorientierten hin zu einem ganzheitlich prozessorientierten Lösungsansatz. Prozessorientierung versus virtuelle Instrumente Die Lösungen auf Basis virtueller Instrumente gehen auf Ideen aus dem Jahre 1986 zurück. Damals war der Begriff virtuell noch weitgehend unbekannt. Der prinzipielle Denkansatz bestand und besteht bis heute in einem elementaren Ersatz von körperlichen Messinstrumenten und Messschaltungen durch den PC. Derart gewandelte Messinstrumente, auch Frontpanels genannt, transportieren gleichermaßen wie die Mess-Schaltungen (Blocks) verschiedene Daten. Im Ergebnis stehen grafische Verknüpfungen respektive Visualisierungen in Form von reinen Datenflussdiagrammen, den sogenannten Flowcharts. Damit beschäftigen sich virtuelle Instrumente hauptsächlich mit der Prozess-Peripherie. Die Technologie brachte die Messtechnik in den 80er-Jahren einen großen Schritt nach vorn. Doch mit der Zeit vollzog sich ein Wandel in den Anforderungen und Voraussetzungen, was dazu führte, dass einige Anwender in dem einst revolutionären Produktangebot ihre individuelle Anwendungsaufgabe nur noch teilweise gelöst sahen. Dazu kam, dass Weiterentwicklungen des Systems die Handhabung nur unnötig verkomplizierten und Programmierkenntnisse nicht mehr zur Kür, sondern zur Pflicht gehörten. Die Delphin Technology AG begann im Jahre 2002 mit der Neuentwicklung eines Systems, dem eine vollkommen andere Philosophie zugrunde liegt: die Prozessorientierung. Mit der Markteinführung von ProfiSignal im Jahr 2007 gelang eine echte Alternative zu virtuellen Instrumenten und in anderen Fällen ein vollkommen neues Lösungsangebot. Bei der Produktentwicklung für die Einsatzfelder Prüftechnik, Verfahrenstechnik sowie Forschung und Entwicklung wurden vor allem zwei Ziele verfolgt: Anwendungs- und Anwenderorientierung. Fachleute (Techniker und Wissenschaftler) sollten die neue Mess- und Automatisierungstechnologie unabhängig von Informatikspezialisten einsetzen können. ProfiSignal arbeitet mit verschiedenen modularen Baugruppen, die praxisgerecht für Aufgaben der Messdatenerfassung, Automatisierung von Messabläufen, für die Steuerung von Prozessen, Dauerversuchen und Ähnliches ausgelegt sind. Während bei den virtuellen Instrumenten die Prozess-Peripherie im Fokus steht, stellt ProfiSignal den Prozess an sich in den Vordergrund. Prozessorientiertes ProfiSignal Bild 1 veranschaulicht die einzelnen Baugruppen von ProfiSignal. Der Anwender kann aus dieser Palette diejenigen Baugruppen auswählen, die für seine Anwendung vorteilhaft sind. Durch Verwendung von spezialisierten Baugruppen kann der Aufwand an Entwicklungsarbeit minimiert werden. Bei kleinen Anwendungen mit wenigen Kanälen und kurzen Entfernungen zum PC ist es zweckmäßig, USB-Messtechnik einzusetzen. Bei größeren Entfernungen zum PC ist es zweckmäßig, Messtechnik auf der Basis von Ethernet einzusetzen. Für große Anwendungen mit vielen Kanälen, die auch in weitläufigen Arealen verteilt sein können, ist es zweckmäßig, die Unternehmensdatennetze zu nutzen. Dabei stellen Server-/Client-Lösungen häufig die beste Wahl dar. Bild 3 zeigt beispielhaft den parallelen Einsatz von ProfiSignal an insgesamt vier Prüfständen. Während die Einzelanwendungen unabhängig voneinander agieren, vereinigt ProfiSignal diese in nur einem Gesamtsystem. Die Baugruppen von ProfiSignal Die Baugruppe Parameter/Rezepteingabe ermöglicht die Eingabe von Parametern oder Rezepten, wobei die Eingabe bei laufenden Anwendungen erfolgen kann. Parameter werden in sogenannten Parameterdateien gespeichert und sind als Konserven verfügbar. Die Baugruppe Prozessvisualisierung ermöglicht das Bedienen und Beobachten während der Laufzeit der Prozesse (Bild 5). Hierzu werden Prozessschaubilder bereitgestellt, die Bedien- und Beobachtungsobjekte sowie Trends und Kennliniendiagramme enthalten. Die Baugruppe Messdatenanalyse ermöglicht es, Prozesse zu untersuchen. Mit hochaufgelösten Messdaten können Fehlerursachen ermittelt, Prozesse verbessert oder Qualitätssicherung betrieben werden. Bild 7 zeigt eine Anfahrdruckschwingung, bei der schnelle und langsame Signale gemischt sind. Die Messdatenanalyse kann online und offline erfolgen und enthält ein völlig neues Verfahren, mit dem Messdaten blitzschnell auch über längere Zeiträume aufrufbar sind. Die Baugruppe Reports/Protokolle dient der automatischen Erstellung von mehrseitigen Reports, wobei Textfelder, Bildfelder und Grafiken enthalten sein können. Damit bietet der Report, der nach QM-Standards ausgerichtet ist, eine beträchtliche Gestaltungsfreiheit. Die Baugruppe Dataservice verwaltet alle einlaufenden Messwerte und dient dem lückenlosen Speichern der Messdaten oder einzelnen Datenfiles. Mit ProfiSignal können gleichzeitig mehrere Anwendungen parallel und unabhängig voneinander ausgeführt werden (Server-/Client-Lösungen), wobei der Dataservice den Anwendungen übergeordnet ist. Die Baugruppe Mess-Konfiguration dient der Konfiguration der Message-Geräte. Sie stellen Hardware-und Software-Kanäle zur Verfügung. Die Hardware-Kanäle liefern Messwerte in den gewünschten physikalischen Größen. Die Software-Kanäle dagegen ermöglichen die anwendungsspezifische Kopplung von physischen Kanälen mit Logik- und Rechenoperationen. Die Baugruppe Automatisierung ist das innovative Herzstück von ProfiSignal. Sie ermöglicht die Automatisierung von Messaufgaben sowie das Bedienen, Beobachten und Steuern von Teil- und Komplett-Prozessen. Durch dieses Modul können Anwender ihre Programme völlig selbstständig entwickeln, ohne über Informatik-Kenntnisse zu verfügen oder etwa eine Programmiersprache erlernen zu müssen. ProfiSignal enthält eine Automatisierungssprache, die das Strukturdiagramm sowie die Oberfläche zum Editieren der Automatisierungsabläufe umfasst. Das Strukturdiagramm Das Strukturdiagramm erlaubt, dass verschiedenartige Teilprozesse zunächst in übersichtliche, grafische Einzelbausteine (z.B. Ablauf-, Parallel- und Ereignisbausteine) aufgeteilt bzw. strukturiert und später zu funktionalen Abläufen bzw. Prozessketten zusammengefasst werden können. Damit ist das Strukturdiagramm ein ideales Werkzeug, um Prozessabläufe übersichtlich zu gestalten, zu planen und zu pflegen sowie anschließend abarbeiten zu können. Die Klicks-Bausteine lassen sich im Sinne herkömmlicher Programmiersprachen, wie z.B. Visual Basic, auch als Prozeduren bezeichnen. Eine Spezialisierung kennen die Prozeduren konventioneller Sprachen allerdings nicht. Klicks dagegen bietet spezialisierte Bausteine, die als Ablauf-, Ereignis- und Parallelbaustein zur Verfügung stehen. Dabei enthält der Ablaufbaustein die Untertypen Start- und Endbaustein. Die fünf verschiedenen Bausteinvarianten erscheinen im Strukturdiagramm mit eigenen Symbolen und dienen als Container für Programmtext. Das Anweisungsscript des jeweiligen Bausteins öffnet sich durch einen einfachen Mausklick auf das Baustein-Symbol. Ein Beispiel eines automatisierten Mischprozesses zeigt, wie aussagekräftig Strukturdiagramme sind. Die Ablaufbausteine (Rezepte, Einfüllen, Verarbeiten und Entleeren) werden dabei chronologisch abgearbeitet. Die Parallelbausteine (Komp. A, Komp. B, Komp. C) und die Bausteine Rühren, Heizen agieren parallel zu den Ablaufbausteinen. Für den Anwender und Außenstehende erschließt sich die Struktur des Prozesses auf einen Blick. Durch diese Transparenz vereinfacht sich gleichermaßen und großzügig die kontinuierliche Programmpflege. Ereignisbausteine werden durch Ereignisse angestoßen, die zu beliebiger Zeit im Prozessablauf auftreten können. Solche Ereignisse sind beispielweise eine Bedienerhandlung oder die Überschreitung eines Grenzwertes. Sobald das Ereignis eintritt, wird der Programmcode der Ereignisabläufe ausgeführt. Die Automatisierungssprache Klicks Die modernen Programmiersprachen eignen sich nicht für Techniker und Wissenschaftler, die keine Software-Spezialisten sind. Die Automatisierungssprache Klicks unterscheidet sich von allem Herkömmlichen, da sie ohne Befehlssatzeingabe auskommt. Ein Auswendiglernen oder zeitaufwendiges Nachschlagen entfällt. Durch \’Programming by Selection\‘ bedarf es lediglich der Auswahl von vorgeschlagenen Programmtexten. Dafür steht ein entsprechendes Auswahlmenü zur Verfügung. Der im Ergebnis abgebildete Programmtext gleicht dem eines Programmierers und scheint konventionell eingetippt. In Wirklichkeit entstand er durch wenige Mausklicks. Mit dem Verzicht auf die Eingabe von Einzelzeichen können Syntaxfehler weitestgehend ausgeschlossen werden. Anwendungen Je nach individuellem Bedarf der Anwender ist ProfiSignal als Entwicklungssystem oder als anwendungsspezifische Komplettlösung verfügbar. Die Delphin Technology AG und ihre Vertriebspartner offerieren die komplette Erstellung der Anwendungssoftware verbunden mit verschiedenen Dienstleistungen, wie Inbetriebnahme, Schulungen und Software- Service-Paketen. Mit ProfiSignal Basic steht eine Software zur Messdatenerfassung zur Verfügung, die vollständig in Dialogform konfiguriert wird. ProfiSignal Klicks erweitert ProfiSignal Basic um Funktionen zur Automatisierung von Prozessen und individuellen Reports (Bild 1). Optionen sind für Schwingungsmesstechnik, Ferndatenerfassung und Alarm-Management verfügbar. Einfache als auch komplexe Anwendungen können mit ProfiSignal sehr wirtschaftlich realisiert werden. Beispielhaft ist ein Prüfstand für den Test von Kunststofftanks bei Kraftfahrzeugen oder ein Prüfstand für die Qualitätsüberwachung von fossilen Brennstoffen. Im Mittelpunkt stehen zudem Lebensdauerprüfungen und Langzeittests unter Praxisbedingungen (z.B. von Dunstabzugshauben). Mit dem messtechnischen Komplettsystem arbeitet z.B. das Applikationslabor eines namhaften Herstellers von Kältemaschinen. Ein führender Hersteller von Heizungsanlagen hat sein Prüffeld vollständig mit ProfiSignal modernisiert. Für die Ursachenanalyse bei großen Gasturbinen zur Stromerzeugung wird die prozess- orientierte Technologie von einem großen Turbinenhersteller genutzt. Schlussbemerkungen Dieser Beitrag wendet sich zum einen an Personen, die sich mit Produkten auf Basis virtueller Instrumente auskennen oder gar damit arbeiten, um zu zeigen, dass es eine echte Alternative gibt. Dieser Beitrag wendet sich zum anderen aber auch an Personen, die aktuell nach einer geeigneten Anwendungslösung suchen und die sich gedanklich in dem Denkansatz der Prozessorientierung wiederfinden.