Der Begriff Real-Time (Echtzeit) legt fest, dass ein System auf ein Ereignis innerhalb eines vorgegebenen Zeitrahmens reagieren muss. Real-Time bedeutet also nicht, dass die Prozesse immer schneller laufen und ist auch kein Maßstab für die Geschwindigkeit oder Verarbeitungsleistung eines Systems. Dies ist vielmehr das Ergebnis der stetig wachsenden Rechnersysteme und der Leistungsfähigkeit der Mikrocontroller und sonstigen Komponenten in der Automatisierung.
Real-Time ist eine Methode, um reproduzierbar präzise und in definierter Zeit, bis hin zu Nanosekunden, die richtigen und notwendigen Reaktionen im laufenden Produktionsprozess zu erzeugen.
Zur Beschreibung einer Steuerungs- und Regelungsaufgabe reicht es daher nicht aus nur Real-Time zu fordern. Denn die Anforderungen sind erst dann vollständig definiert, wenn außerdem die Zeit angegeben wird, in der das System mit Sicherheit reagieren muss.
Millisekunden sind nicht genug
Während Windows- oder auch Linux-basierte Systeme dem Nutzer keine echte Sicherheit im harten Produktionsumfeld bieten können, ist der Bedarf an der automatischen und damit computergestützten Fertigung ungebremst. Muss aber Stabilität und Sicherheit in einer Umgebung, die bei instabilen Bedingungen zur Gefährdung von Mensch und Maschine führen kann, gewährleistest werden, dann ist nicht nur Ideenreichtum sondern vor allem der verantwortungsbewusste Umgang mit Technologie und Know-how gefragt.
So wurden im Laufe der Zeit Real-Time-Operating-Systeme (RTOS) entwickelt, die durch die Konzentration auf Anforderungen im Produktionsumfeld Standard-Betriebssysteme wie Windows auf die hinteren Plätze verwiesen haben. RTO-Systeme erlauben eine absolute Einhaltung von Zeitbedingungen und die Vorhersagbarkeit von Prozessverhalten.
Die Intelligenz einer Messung
Außer dem Anspruch auf Echtzeitverhalten und sichere Prozesse bedingen kleine Stückzahlen und kurze Entwicklungszyklen eine hochflexible Entwicklungsumgebung und standardisierte Komponenten. Eine mögliche Basis wurde mit der Nutzung sogenannter FPGAs geschaffen. Ein FPGA (Field Programmable Gate Array) ist ein integrierter Schaltkreis (IC) der Digitaltechnik, in den eine logische Schaltung programmiert werden kann. FPGAs können so konfiguriert werden, dass Funktionsstrukturen und damit Schaltungsfunktionen direkt auf dem Array berechnet werden. Hunderte von Additionen und Multiplikationen können in einem FPGA gleichzeitig, oder je nach Konfiguration auch zyklisch, ausgeführt werden. So werden Berechnungen mit äußerst geringen Taktraten durchgeführt. Vor allem schnell zu erfassende Signale können umgehend verarbeitet werden. Damit erlauben FPGAs einen maximalen Datendurchsatz.
Interdisziplinäres Fachwissen
So erlauben moderne RIO-Systeme (Rekonfigurierbare Input-/Output-Systeme) die Messung, Auswertung und Steuerung komplexer Produktionsvorgänge in Millisekunden. Was vor Jahren noch undenkbar schien, ist damit bereits Realität geworden. Mit Hilfe neuer Technologien und bewährter Prozess-und Datenkonzepte können damit Real-Time-Vorgänge abgebildet werden, die ein hohes Maß an Sicherheit und Transparenz bieten. Voraussetzung für die Umsetzung dieser intelligenten RT-Systeme ist Know-how in allen Bereichen. „Wer sich nur im Produktions- oder nur im Qualitätsumfeld auskennt, wird schnell an seine Grenzen stoßen. Mit neuen Produkten und vor allem dem Know-how im Bereich der Datenakquisition und schnellen Auswertung bringen wir Qualitätsmaßstäbe aus dem Labor direkt in die Produktion. Dies aber immer unter Beachtung der Sicherheit und Stabilität der Prozesse.“ erläutert Jochen Weber, Geschäftsführer des Ingenieur-Unternehmens ProNES Automation GmbH.
Chancen für Qualität und Produktion
„Die Möglichkeiten hinsichtlich der schnellen und sicheren Verarbeitung von Produktionsdaten, aber auch die verkürzten Entwicklungszeiten haben sich mit diesen neuen Technologien vervielfacht.“ erläutert Jochen Weber. „Während vor Jahren zur Abbildung eines Qualitätssystems noch getrennte Systeme zur Messung und Datensammlung, Datenauswertung und entsprechenden Steuerlogik benötigt wurden, (von DAQs (Data Akquisition Systems) über Qualitätssysteme bis hin zu SPS (speicherprogrammierbaren Steuerungen)), können wir heute derartige Lösungen bereits mit einem Bruchteil der Hardware abbilden und gleichzeitig noch die Signalverarbeitungsgeschwindigkeit und die Prozesssicherheit erhöhen.“
Gleichzeitig aber werden der Überblick und das Fachwissen aus allen Bereichen vorausgesetzt, damit sinnvolle und innovative Lösungen entwickelt werden können. „Real-Time funktioniert nur dann, wenn der Entwickler das Know-how aus unterschiedlichen Disziplinen kombinieren kann und gleichzeitig den Überblick über die Produktentwicklungen auf dem Markt behält. Eine anspruchsvolle Aufgabe, die uns in Zukunft immer mehr fordern wird.“ so Jochen Weber.
Was bietet die Zukunft?
Die Zukunft der Automation liegt in der Verschmelzung von Fachbereichen. Aktuell finden Umwälzungen statt, die enorme Chancen mit sich bringen. Einblicke in technische Entwicklungen, neue Produkte und deren direkte Anwendung in der Praxis gibt die ProNES Automation GmbH am hausinternen TREFFPUNKT AUTOMATION, dem Fachtag für Qualität und Produktion aus der Industrie. Unter dem Motto „Messtechnik trifft Automation“ wird das Thema Real-Time und moderne Produktionslösungen fachlich fundiert beleuchtet. Der TREFFPUNKT AUTOMATION findet am 29. März 2011 statt.
