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Kostenfalle Maschinenstillstände:

Warum ein neuer Blick auf die PLC-Programmierung notwendig ist.

Wenn Maschinen ungeplant stillstehen, verbrennen sie jede Menge Geld. Versicherungen, Condition Monitoring, MES, BDE, Instandhaltung oder kostspielige Schulungen: Das sind die üblichen Schmerzmittel dagegen. Nur leider wirken diese nur kurzfristig. Der eigentliche Fehler liegt nicht in der Hard- oder Software. Die Grundlagen für teure Ausfälle werden in der Konstruktionsphase gelegt. Schon deshalb ist ein Perspektivenwechsel notwendig.

Eine unbequeme Beispielrechnung

Man muss nicht lange rechnen, um die Kosten eines ungeplanten Stillstands auf den Punkt zu bringen: Eine durchschnittliche Maschine in einer durchschnittlichen Produktion ist 40 Stunden pro Woche in Betrieb und bringt dabei 15.000 Einheiten aus. Jede Einheit erzielt vielleicht einen Bruttogewinn von 8 Euro. Damit entgehen dem Unternehmen pro Stillstandtag 24.000 Euro Gewinn. Nach drei Tagen sind es bereits 72.000 Euro. Und in dieser Summe sind noch nicht einmal die Reparaturkosten oder Lohnkosten für gezwungenermaßen untätige Mitarbeiter enthalten.

Ungeplante Stillstände lassen sich nicht verhindern. Schon gar nicht an immer komplexeren Anlagen. Doch die Maschinen-Komplexität ist nicht der Grund, warum die Fehlersuche immer langwieriger und teurer wird. Die Ursache liegt in einem Missverständnis darüber, was eine Maschine überhaupt ausmacht.

Mechanik schlägt Prüfung? Die Konstruktionsphase als Fehlerquelle

Für die Programmierung einer PLC-Steuerung werden durchschnittlich fünf bis zehn Prozent eines Projektvolumens aufgewendet. Zudem kommen Programmierer wesentlich später im Projektverlauf zum Zug als Maschinenbauer oder Mechaniker. Sobald Mechanik und Elektrotechnik mit den Vorgaben übereinstimmen, gilt eine Maschine als „fertig“. Die Programmierung wird oft nur noch als notwendiges Add-on und als letzter Schliff für die Inbetriebnahme verstanden.

Dementsprechend schaut auch niemand so genau auf die Programme – sie sind für Experten geschrieben und folgen den begrenzten Vorstellungen, Erfahrungen und Testszenarien des Programmierers selbst. Er ist schließlich der Experte.

Das führt angesichts der unendlichen Vielfalt möglicher Fehler zwangsläufig zu einer begrenzten Überprüfung vor der Inbetriebnahme. Die eigentliche Hauptaufgabe – die Steuerung der Maschine – kann erst beim Anlaufen beurteilt werden. Für Programmierung, Testung und Bedienerschulung bleibt nicht viel Zeit. Deshalb setzen Programmierer (selbst) auferlegte Standards um - mit dem Ziel, den Prozess zu beschleunigen. Copy and Paste sowie das Recycling etablierter Codes sind wichtige Quick-Fix-Werkzeuge. Mögliche unerkannte Fehler und Probleme werden mitkopiert; Innovationen sind schwer möglich. Und die Maschine bleibt eine Blackbox, die im Falle eines Stillstands wenige Antworten liefert.

Systemkomplexität verlangt neue Sichtweise auf PLC

Es liegt in der Komplexität des Systems selbst, dass ein Programm schnell an die Grenzen seiner Darstellung kommt: Jedes Signal verdoppelt den abgebildeten Zustandsraum, den es beschreiben und berücksichtigen sollte. Bei 2 hoch 16 Signalen sind es bereits 65.365 Zustände, die alle vorweggenommen werden müssten. Und so weiter. Das im Wissenschaftsdiskurs prominente „State Explosion Problem“ beschreibt die daraus resultierende Software-Limitierung. Sie verursacht keine theoretischen, sondern vielmehr kostspielige Folgen:

Sobald die Maschine einen nicht programmierten Zustand einnimmt, kommt es zum Stillstand und zu einer langwierigen Suche nach der Ursache. Eine Lösung gibt es unter Umständen nicht, da der Programmierer diesen Zustand weder voraussehen noch manuell programmieren konnte.

Schon deshalb ist klar, dass sich der Blick auf die Maschine von der Trennung zwischen Hard- und Software zu einem neuen Systemverständnis ändern muss. Nur mit der Überzeugung, dass eine Maschine potenziell unendliche Zustände einnehmen kann, lassen sich Standards etablieren, die diese Komplexität aufgreifen.

Solche Standards existieren bereits. Allerdings erfüllen sie nicht zwingend alle Voraussetzungen für eine reibungslose Automatisierung:

• Allgemeingültige Rahmenbedingen für alle grundsätzlichen Funktionen
• Standard, der auch von allen eingehalten wird
• Überprüfbare Vorgaben wie in Mechanik und Elektrotechnik
• Maximale Flexibilität zur Anpassung an unterschiedliche Prozesse
• Abbildung jedes individuellen Prozesses
• Automatische Übersetzung auf die PLC durch einen Algorithmus
• Verständliches Modell, das jeden Zustand und jedes Bit kontrolliert abbildet
• Programm, das jeden Zustand und jedes Bit auf richtig oder falsch überwacht
• Schnelle und verständliche Anzeige an der Maschine
• Sofort sichtbare Abweichungen, die Stillstände erfolgreich reduzieren

Aus diesen Anforderungen ergibt sich ein völlig neues Verständnis von der Maschinenprogrammierung: Sie muss sich von der individuellen Programmierung lösen und die Maschine nicht als Anhäufung von Bauteilen mit speziellen Aufgaben in einem speziellen Szenario verstehen.

Eine Maschine ist eine Abfolge von Zuständen, die eindeutig über An oder Aus beschrieben werden können – und damit über Bits. Diese grundlegende Tatsache gilt für alle Maschinen und für jeden Ablauf.

Da nur der Zustand beschrieben wird, kann die Software sofort die Ursache eines Stillstands identifizieren: Ein Zustand im Ablauf wurde nicht richtig umgesetzt. Es bleibt nur noch, die physische Quelle für diesen Fehler zu beheben.

Smart, Simple, Secure – Automatisierung mit BitControl

Mit dem SELMO Standard verständigen sich der Produzent und der Maschinenbauer auf eine gemeinsame digitale Sprache. Weil der Funktionsrahmen steht, rückt der Prozess, der automatisiert werden soll, ins Zentrum.

Der Prozess wird einfach und bitpräzise modelliert. Ganz ohne PLC-Expertise ist die Programmlogik mit dem Modell beschrieben; die Vorgabe für die Programmierung erledigt. Logik- sowie Funktionsprüfungen können lange vor der Inbetriebnahme durchgeführt werden. Indem die Maschine modelliert, statt konstruiert wird, ergeben sich alle Aspekte von Mechanik und Elektrotechnik bis hin zu Treibern und Funktionen quasi von selbst. Eine rasch erstellte Liste mit offenen und bekannten Baugruppen schafft ein gemeinsames Umsetzungsbild. In der Phase der Modellierung ist es völlig unerheblich, welche PLC oder welche Programmiersprache zur Anwendung kommt. PLC-Festlegungen haben Stillstände bis heute nicht verhindern können – und das SELMO Programm wird automatisch erstellt statt geschrieben.

Mit Abschluss der Elektrotechnik startet die PLC-Inbetriebnahme: Das Modell wird in die PLC geladen und die Verdrahtung wird geprüft. Ist diese in Ordnung, wird die Safety geprüft, die Antriebe werden konfiguriert und schon kann gestartet werden.

Weil alle Datenpunkte automatisch und fehlerfrei generiert wurden und jedes Bit vom Programm überwacht wird, zeigt die HMI jede Abweichung in Echtzeit an. Die SELMO Maschine ist zudem funktional stabil und leicht bedienbar. In ihrem gesamten Lebenszyklus sind Fehler in der Hardware rasch detektierbar. Die Software nutzt sich nicht ab und das Modell bleibt exakt definiert. So entsteht eine wirklich smarte Maschine, die besser läuft und die es allen leichter macht.

Das Prozessdenken mit SELMO funktioniert nicht nur für neue, sondern auch für bestehende Maschinen. Schließlich spielen weder eine spezifische Software noch die Hardware für die Modellierung eine Rolle. „Every Bit Under Control“ lautet das Wirkprinzip nachhaltig digitaler Produktion, die um ein Vielfaches schneller realisierbar ist als bisher.

Was wirklich zählt, ist das Bit.

• Großteil des Condition Monitoring bereits in der PLC realisiert
• Einfache und einheitliche Programmstruktur auf Algorithmus-Basis
• Sichere Bedienung ohne notwendiges Expertenwissen
• Flexibles Modellierungswerkzeug auch für zukünftige Innovationen
• Hardware- und herstellerunabhängig
• Vollständige digitale Sichtbarkeit aller Maschinenzustände

Der SELMO Standard und das SELMOstudio sind umfassende Werkzeuge für weniger und kürzere Maschinenstillstände. Sie doktern nicht an Symptomen herum, sondern beseitigen das Übel bereits in der Konstruktionsphase und damit an der Wurzel. Dieser Perspektivenwechsel reduziert Kosten, minimiert Risiken und sichert die Zukunftsfähigkeit im Wettbewerb. SELMO löst das Problem am Ursprung und schafft stabile Automatisierung bis ins letzte Bit – smart, simple, secure.